Разработан принципиально новый тип солнечных батарей

40% всей солнечной энергии, доходящей до земной поверхности, состоит из ближнего ИК-излучения. Причём в облачные дни этот процент ещё выше, ибо ИК-излучение почти не задерживается облаками. Маленькая неувязка лишь в том, что наши солнечные батареи вообще не способны работать с инфракрасным диапазоном. Зато он нагревает их и роняет КПД иногда вдвое — к примеру, в солнечный полдень, когда поток видимого света особенно велик и фотоэлементы теоретически могли бы вырабатывать больше всего энергии.

Принципиально новые фотоэлементы, разработанные в Массачусетском технологическом институте (США) и целиком состоящие из углерода, способны радикально изменить ситуацию:

они как раз поглощают энергию инфракрасного излучения и превращают её в электрическую. При этом им не угрожает перегрев.

Рис. 1. Изображение, полученное при помощи атомно-силового микроскопа: слой углеродных нанотрубок (отдельные различимы глазом) на сборочной кремниевой подложке, с которой затем снимают готовый фотоэлемент (фото Rishabh Jain et al.).

Новый фотоэлемент состоит из углеродных нанотрубок и фуллерена С60. Это не первая попытка построить солнечные батареи вокруг углеродных нанотрубок, но все предыдущие укладывали нанотрубки на полимерную подложку, которая должна была задерживать их на месте и собирать электроны. Проблема в том, что на воздухе под солнечным светом такие полимерные подложки были не слишком стабильны:

фотохимические реакции разлагали пригодные для использования в подложке полимеры. Можно защитить их специальными покрытиями, но они будут задерживать часть солнечного света и удорожат фотоэлементы в целом.

Пока эффективность новых фотоэлементов низка: как отмечают авторы разработки, после производства углеродных слоёв они пришли к выводу, что углеродные нанотрубки в них должны быть однослойными и одного типа. Тем не менее опытные образцы фотоэлемента (из экспериментальных соображений) получали разные виды нанотрубок, так что итоговый КПД пока не превышает 0,1%. Исследователи, впрочем, уверяют, что он легко может быть увеличен, и резко.

Полученные фотоэлементы очень легки и тонки (считанные нанометры); теоретически на этой же основе можно создать многослойные солнечные батареи, которые будут поглощать ближнее ИК-излучение многоступенчато, добиваясь ещё большего КПД.

Рис. 2. Фуллерен С60 и углеродные нанотрубки, единственные компоненты нового фотоэлемента (иллюстрация Википедии).

Важно и то, что фотоэлементы полностью прозрачны для видимого света, а потому могут использоваться как верхний элемент обычных солнечных батарей, кои они будут защищать от перегрева, останавливая ИК-излучение.

Отчёт об исследовании появился на этой неделе в журнале Advanced Materials.

Источник(и):

1. MIT News

2. compulenta.ru