Гібридні сонячні батареї показують високу ефективність

admin Новини технологій та техніки

Гібридні сонячні батареї показують високу ефективністьРозроблені в Кембріджському університеті (Великобританія) нові фотоелектричні комірки здатні підняти квантову ефективність сонячних батарей на абсолютно новий рівень. Як стверджують вчені з групи сера Річарда Френда і Ніла Грінхама, внутрішня квантова ефективність їх гібридних батарей досягає немислимої величини в 50%.

Якщо ви ще не перейнялися величчю моменту, поспішимо помітити, що, згідно фізики сонячних батарей на основі кремнію (уточнення задає ширину pn зони переходу в напівпровіднику), існує граничне значення максимальної квантової ефективності, рівне 33,7% (Shockley-Queisser limit).

Ви маєте право відповісти на це, що значення справедливо тільки для однієї pn зони, і якщо шарів в батареї нескінченно багато, то показник прямує до 86%. Це так, але в реальному світі найобразливіше те, що на шляху прогресу завжди стоїть його ціна. Тому виробники, яких найбільше цікавить цінник на товар, не збільшують кількість шарів, а зменшують. А проблему ефективності доводиться вирішувати якимись іншими способами, і в результаті рекордні цифри квантової ефективності не перевищують 25%, і це вважається безумовною перемогою і дозволяє з оптимізмом дивитися в майбутнє ревнителям «зеленої» енергії.

Видатним ученим, співробітникам фізичного факультету Кембріджського університету Нілу Грінхаму і серу Річарду Френд не звикати жити і працювати під девізом «Think different». Використовуючи накопичений багаж знань в оптоелектроніці, наноматеріалах і органічних провідниках, їм вдалося розробити новий гібридний тип сонячних батарей.

Традиційні батареї здатні абсорбувати лише частину сонячного світла, а більша частина світлової енергії (особливо високоенергетичні фотони синього спектра) втрачається у вигляді тепла. Саме нездатність традиційних сонячних батарей абсорбувати фотони з будь-якою довжиною хвилі в діапазоні від ближнього УФ до ближнього ІЧ і є одна з причин існування межі Шотки - Квізера в 34% від всієї доступної нам енергії світла.

Гібридні батареї вміють не лише успішно абсорбувати червоне світло, використовуючи шари з наночасток сульфіду свинцю (PbS), але й отримувати від фотонів видимого спектру (включаючи сині) більше енергії, різко збільшуючи потік вихідної електрики. Зазвичай сонячна батарея виробляє один електрон на кожен корисно абсорбований фотон. Але в гібридних рішеннях, завдяки використанню пентацену (органічний напівпровідник, який абсорбує видиме світло, включаючи синю область спектра, а тому сам він дуже чорний) і особливостям інтерфейсу між неорганічним матеріалом PbS і органічним пентаценом, відбувається генерація відразу двох електронів на кожен поглинений фотон високої енергії (видимий спектр, включаючи синю область).

Таким чином, гібридний матеріал дозволяє отримувати приблизно в два рази більше електрики від видимого світла, включаючи синій, і одночасно конвертувати фотони навіть з самою низькою енергією (ІК). Все разом це дає можливість підтягтися до безпрецедентного рівня внутрішньої квантової ефективності в 50% від усієї доступної сонячної енергії.

Результати нової технології у всіх подробицях представлені у вчорашньому номері журналу Nature Letters.

І два слова про недоліки запропонованого рішення, на які автори, зрозуміло, поки уваги не звертають. По-перше (і по-друге і так далі), це пентацен, тобто яскравий представник поліциклічних ароматичних вуглеводнів. А раз так, то це дуже сильний канцероген, мутаген і тератоген одночасно. Великотоннажне виробництво (можна і з нафти виділяти, але там на всіх не вистачить) включає кілька стадій, на кожній з яких вихідні речовини, продукти реакції і побічні продукти - канцерогени, мутагени і тератогени, один крутіше іншого. А знадобиться пентацену багато. Де і хто це буде робити?

І синтез починати теж з чогось треба ... Найбільш простий і доступний починається з похідної бензолу (теж канцероген, та ще й летючий), але найголовніше в тому, що основне джерело бензолу - це сира нафта. Нас лякають: нафта закінчиться, і тоді сонячна енергетика (нарівні з іншими альтернативами) буде вашим порятунком. Може бути, але тільки не така, яка зав'язана на використання ароматичної органіки. А значить, незалежний від нафти кремній, хоч і виглядає сьогодні гидким каченям в порівнянні з органічним/неорганічним гібридом, завтра стане незамінним саме через свою незалежність від нафти. Нарешті, сам пентацен дуже схильний до окислення киснем повітря в умовах УФ-опромінення (окислення синглетним киснем сполучених систем). А де, як не в сонячній батареї, зустрінуться разом пентацен, кисень і УФ сонячного світла! Значить, довговічність гібридної батареї на основі пентацену викликає дуже великі сумніви, як її не захищай ...