Из чего делают солнечные батареи

Солнечные электростанции постепенно завоевывают сердца украинских семей. Ведь с помощью всего одной станции можно помочь электроснабжению своего домохозяйства, не причиняя вред экологии, а также заработать на «зеленом» тарифе. Но главная составляющая каждой электростанции — это солнечные батареи. В этой статье поговорим из чего состоят панели и о производителях фотомодулей.

У всех солнечных батарей структура практически одинаковая. Основа каждой панели — это фотоэлектрические образователи, которые делают из кремния. Выглядят они как небольшие ячейки и преобразовывают солнечную энергию в электрический ток. Фотоэлементы с обеих стороной покрывают полимерной пленкой, которая делает панель герметичной. Дополнительно тыльную сторону батареи покрывают полимерной составляющей, а вся панель покрыта сверхстойких стеклом — чтобы такие физические факторы как град или дождь не смогли повредить конструкции.

Кто лидер на рынке панелей?

Монополист по производству солнечных батарей — Китай. Именно эта страна одна из первых увидела потенциал в альтернативной энергетике и мощно запустила производства фотомодулей по всей стране. Стремительный рост объясняется еще и тем, что китайские фермеры используют панели для зарядки сельскохозяйственного оборудования, которое может работать автономно. К примеру, только в 2016 году общая мощность панелей, установленных в Китае превысила 34 ГВт. На то время, это было больше половины показателей США. Но китайцы на этом не остановились. Сейчас страна производит на мировой рынок больше 70% батарей, а из 10-и лидирующий производителей фотомодулей 7 — это китайские предприятия.

Во многочисленном разнообразии брендов и производителей солнечных панелей новичку сложно разобраться. Поэтому для того, чтобы понять особенности производителей и качество панелей, были придуманы классы Tier. Например, Tier 1 делает всего 2% производителей в мире, которые больше 5 лет занимаются производством полного цикла и уделяют много вниманиям научным разработкам. Именно панели класса Tier 1 использует SUNSAY Energy для реализации своих проектов. Рассмотрим другие классы. Итак, уровень Tier 2 — это средние компании со своим производством. Им более 2-х лет на рынке, но они практически не тратят времени на научные исследования. И последний уровень — Tier 3. Как правило, это заводы, которые занимаются сборкой из готовых модулей и элементов, не проводят научные разработки и используют ручной труд на всех фазах производства.

Если вы хотите подробнее узнать как работают солнечные батареи — заглядывайте на наш блог. А для всех, кто хочет установить солнечную станцию, но не знает, с чего начать — обращайтесь к специалистам SUNSAY Energy. Мы с радостью поможем вам выбрать оптимальную станцию для вашего домохозяйства и покажем все преимущества солнечной энергии.

Хотите максимально выгодно и эффективно использовать энергию солнца — обращайтесь к экспертам Sunsay Energy Закажите бесплатный змер крыши нашим инженерам

Галилео. Солнечные батареи Solar panels

Хотите максимально выгодно и эффективно использовать энергию солнца — обращайтесь к экспертам Sunsay Energy Закажите бесплатный змер крыши нашим инженерам

Солнечные батареи: виды, производство, польза и огромная опасность

Солнечные батареи: виды, производство, польза и огромная опасность

Даже за полностью безопасной энергией нужен контроль.

Солнечная энергия кажется нам 100%-м благом: чистая, дешёвая, возобновляемая и безопасная энергия. Вот наш материал о солнечных панелях и о вреде, который они несут для окружающей среды.

Начнём с производства: оно вредное от первого этапа до последнего. Для начала требуется кварц, а он добывается горняками в шахтах. Но эта добыча очень дорого обходится для их здоровья — они получают силикоз лёгких. А это просто ужасный вид изменения в лёгких. Не буду долго рассказывать подробности, кратко: снижение способности переработки кислорода из-за образования новой соединительной ткани в лёгких. Это ведёт к страшным болезням с очевидным концом.

Потом на металлургических заводах кварц перерабатывают в кремний. Это делается в огромных печах при невероятных температурах, ещё и очень долго. А это требует много энергии, воды и различных химикатов. Хорошо, что хоть от этого этапа выделяется только угарный газ и диоксид серы (этот запах мы чувствуем, зажигая спичку). Для человека и природы это неопасно.

Кстати, именно этот металлургический кремний используют для упрочнения стали.

Солнечные батареи

А вот дальше начинается уже очень токсичный процесс: превращения этого металлургического кремния в поликремний — его более чистую форму. Процесс долгий, но самое важное: для этого требуются соляная кислота и водород. На одну тонну готового поликремния приходится 3-4 тонны тетрахлорида кремния. Это наивреднейшая для человека и природы смесь химикатов. Но сейчас научились перерабатывать эти отходы, но не полностью и не на всех производствах. Хотя в Китае вступил закон, который обязывает перерабатывать не менее 98,5% отходов. Но проблема ещё актуальна.

Кстати, почти все панели в мире производятся в Китае, ещё немного в Индии и Индонезии.

Полученный поликремний плавится в слитки. Чтобы придать им правильную полярность в поликремний добавляют специальные примеси. А потом режут на пласты толщиной как у бумаги. Наносят фосфорное покрытие, чтобы свет поглощался, а не отражался. Сами панели представляют из себя сэндвич: защитное стекло, сама панель и защитное пластиковое покрытие снизу (от воды и грязи).

Виды солнечных батарей:

  • Монокристаллические. Сделаны из монокристалла кремния, имеет красивые чёрные ячейки.
  • Поликристаллические. Обычно мы видим именно их, они выглядят как синие расчерченный листы.
  • Тонкоплёночные. То, что мы видели в часах и калькуляторах. Они выполнены из аморфного кремния и малоэффективны в принципе.

Виды солнечных панелей

Слева — монокристаллические, справа — поликристаллические.

И вот мы пришли к самому главному — к сроку эксплуатации и вредных свойствах. Срок эксплуатации обычно составляет около 25 лет, но все 25 лет солнечная панель не сможет работать на все 100. Каждый год она теряет по 0,5% своей эффективности . То есть их нужно обновлять со временем. Но куда же девать старые солнечные батареи? И вот это и является вредом для экологии. Сейчас утилизируют около 10% всех панелей в мире. Но и эту десятую часть насчитали совсем недавно. А всё благодаря французам, которые решили всё переработать. Но будем честными: всё переработать им не удалось, они справились только с 95%. Так что во Франции проблем с экологий из-за кремниевых панелей точно не будет. Даже в Америке перерабатывают всего несколько процентов таких отходов, так что про нашу страну и говорить нечего.

Вред солнечных панелей

Чем вообще это опасно? Тем, что попадая на обыкновенные свалки, кремниевые панели начинают выделять соляную кислоту. Не сами по себе, конечно. Для этого им требуется вода, но с ней проблем на свалках точно нет. Вы и сами понимаете, что будет с водой в районах свалок и вообще с природой.

Решение проблемы: переработка. Звучит слишком просто, да? Но это не так уж и сложно, если переработкой займутся производители солнечных батарей. Ведь они смогут отслеживать старение своей продукции у потребителя, вовремя менять панели на новые. А из изъятых панелей смогут создавать ещё. Это полноценный многолетний цикл.

Из чего сделаны солнечные батареи?

Солнечные электростанции постепенно завоевывают сердца украинских семей. Ведь с помощью всего одной станции можно помочь электроснабжению своего домохозяйства, не причиняя вред экологии, а также заработать на «зеленом» тарифе. Но главная составляющая каждой электростанции — это солнечные батареи. В этой статье поговорим из чего состоят панели и о производителях фотомодулей.

У всех солнечных батарей структура практически одинаковая. Основа каждой панели — это фотоэлектрические образователи, которые делают из кремния. Выглядят они как небольшие ячейки и преобразовывают солнечную энергию в электрический ток. Фотоэлементы с обеих стороной покрывают полимерной пленкой, которая делает панель герметичной. Дополнительно тыльную сторону батареи покрывают полимерной составляющей, а вся панель покрыта сверхстойких стеклом — чтобы такие физические факторы как град или дождь не смогли повредить конструкции.

Кто лидер на рынке панелей?

Монополист по производству солнечных батарей — Китай. Именно эта страна одна из первых увидела потенциал в альтернативной энергетике и мощно запустила производства фотомодулей по всей стране. Стремительный рост объясняется еще и тем, что китайские фермеры используют панели для зарядки сельскохозяйственного оборудования, которое может работать автономно. К примеру, только в 2016 году общая мощность панелей, установленных в Китае превысила 34 ГВт. На то время, это было больше половины показателей США. Но китайцы на этом не остановились. Сейчас страна производит на мировой рынок больше 70% батарей, а из 10-и лидирующий производителей фотомодулей 7 — это китайские предприятия.

Во многочисленном разнообразии брендов и производителей солнечных панелей новичку сложно разобраться. Поэтому для того, чтобы понять особенности производителей и качество панелей, были придуманы классы Tier. Например, Tier 1 делает всего 2% производителей в мире, которые больше 5 лет занимаются производством полного цикла и уделяют много вниманиям научным разработкам. Именно панели класса Tier 1 использует SUNSAY Energy для реализации своих проектов. Рассмотрим другие классы. Итак, уровень Tier 2 — это средние компании со своим производством. Им более 2-х лет на рынке, но они практически не тратят времени на научные исследования. И последний уровень — Tier 3. Как правило, это заводы, которые занимаются сборкой из готовых модулей и элементов, не проводят научные разработки и используют ручной труд на всех фазах производства.

Если вы хотите подробнее узнать как работают солнечные батареи — заглядывайте на наш блог. А для всех, кто хочет установить солнечную станцию, но не знает, с чего начать — обращайтесь к специалистам SUNSAY Energy. Мы с радостью поможем вам выбрать оптимальную станцию для вашего домохозяйства и покажем все преимущества солнечной энергии.

Хотите максимально выгодно и эффективно использовать энергию солнца — обращайтесь к экспертам Sunsay Energy Закажите бесплатный змер крыши нашим инженерам

Хотите максимально выгодно и эффективно использовать энергию солнца — обращайтесь к экспертам Sunsay Energy Закажите бесплатный змер крыши нашим инженерам

Преимущества и недостатки применения батарей

У солнечных панелей, как и у любых устройств, есть достоинства и недостатки, связанные с принципом действия и особенностями конструкции.

Достоинства солнечных батарей:

  • Автономность. Позволяют обеспечить электроэнергией удаленные здания или светильники и работу мобильных устройств в походных условиях.
  • Экономичность. Для выработки электроэнергии используется свет солнца, за который не нужно платить. Поэтому ФЭС (фотоэлектрические системы) окупаются за 10 лет, что меньше срока службы, составляющего более 30. Причем 25–30 лет – это гарантийный срок, а фотоэлектростанция будет работать и после него, принося прибыль владельцу. Конечно, необходимо учесть периодическую замену инверторов и аккумуляторных батарей, но все равно, использование такой электростанции помогает экономить средства.
  • Экологичность. При работе устройства не загрязняют окружающую среду и не шумят, в отличие от электростанций, работающих на других видах топлива.

Кроме достоинств, у ФЭС есть недостатки:

  • Высокая цена. Такая система стоит довольно дорого, особенно с учетом цены на аккумуляторные батареи и инверторы.
  • Большой срок окупаемости. Средства, вложенные в фотоэлектростанцию, окупятся только через 10 лет. Это больше, чем основная масса других вложений.
  • Фотоэлектрические системы занимают много места – всю крышу и стены здания. Это нарушает дизайн сооружения. Кроме того, аккумуляторные батареи большой емкости занимают целую комнату.
  • Неравномерность выработки электроэнергии. Мощность устройства зависит от погоды и времени суток. Это компенсируется установкой аккумуляторных батарей или подключением системы к сети. Это позволяет в хорошую погоду днем продавать излишки электроэнергии электрокомпании, а ночью наоборот подключать оборудование к централизованному электроснабжению.

По ссылке вы можете узнать дополнительную информацию о том, что такое солнечные батареи.

Технические характеристики: на что обратить внимание

Главным параметром фотоэлементной системы является мощность. Напряжение такой установки достигает максимума при ярком свете и зависит от количества соединенных последовательно элементов, которое почти во всех конструкциях равно 36. Мощность зависит от площади одного элемента и количества цепочек по 36 штук, соединенных параллельно.

Кроме самих батарей, важно подобрать контроллер зарядки аккумуляторов и инвертор, преобразующий заряд аккумуляторных батарей в напряжение сети, а также сами панели.

В аккумуляторных батареях есть допустимый ток зарядки, который нельзя превышать, иначе система выйдет из строя. Зная напряжение аккумуляторов, легко определить мощность, необходимую для зарядки. Она должна быть больше мощности солнечной электростанции, иначе в солнечный день часть энергии окажется неиспользованной.

Контроллер обеспечивает заряд аккумуляторов и также должен иметь мощность, позволяющую полностью использовать энергию солнца.

К инвертору подключается оборудование, получающее энергию от ФЭС, поэтому его мощность должна соответствовать суммарной мощности электроприборов.

Кроме мощности и напряжения, важно выбрать фирму-производителя. Такое оборудование приобретается на срок несколько десятков лет, поэтому экономить на качестве нельзя. Производители, давно работающие на рынке, это понимают и дорожат своей репутацией. Можно почитать отзывы о них в интернете и выбрать с самыми положительными.

Солнечные элементы. Принципы работы солнечных батарей

Конструкция солнечного элемента

Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) – прибора для преобразования энергии солнечного излучения – на основе монокристаллического кремния показана на рис.1. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт.

Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область.

Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой (рис.2а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис.2б).

Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой – положительному.

Зонная модель разомкнутого p-n-перехода

Рис.2. Зонная модель разомкнутого p-n-перехода:
а) — в начальный момент освещения;
б) — изменение зонной модели под действием
постоянного освещения и возникновение фотоЭДС

Величина установившейся фотоЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описывается уравнением вольт-амперной характеристики (ВАХ) (рис.3):

где Is– ток насыщения, а Iph – фототок.

ВАХ поясняет эквивалентная схема фотоэлемента (рис.4), включающая источник тока

где S – площадь фотоэлемента, а коэффициент собирания Q – безразмерный множитель (

Устройство и принцип действия

Как можно видеть по картинке выше, устройство представляет собой своеобразный «бутерброд», стенки которого являются стеклянными пластинами, покрытыми оксидной токопроводящей плёнкой, с сопротивлением в пределах от 8 до 15 . Задачей этого покрытия является отведение генерирующегося тока в нагрузку. При этом одна из пластин покрыта тонким слоем диоксида титана , на которой осаждён краситель. Оставшееся пространство между пластинами заполнено электролитом.

Особо хотел упомянуть такой момент: на картинке выше есть слой, который называется «графит / сажа / золото / платина». В литературе этот слой именуют «катализатором». Но, к сожалению, мне не удалось найти какого-либо подробного вменяемого объяснения о его роли. Единственное, что нашёл, приведено ниже (в комментариях авторов, ко второму видео, которое будет в конце статьи): «пока свет может попасть на вашу плёнку, не имеет большого значения, с какой стороны она освещается. В коммерческих системах задний контакт (на который мы в ходе этого опыта нанесли графит), обычно представляет собой поверхность с золотым или платиновым покрытием, поэтому свет не может пройти через него. Вероятно, это лучше, потому что сзади, сгенерированные электроны должны пройти дальше от плёнки к заднему контакту, и поскольку ваша плёнка не сильно освещается ярким светом, это приведёт к потерям». Буду рад, если в комментариях будут высказаны идеи по поводу этого.

Принцип работы устройства базируется на переносе электронов от молекулы красителя к диоксиду титана. Если сказать по-простому: падающий свет возбуждает краситель, из которого выбивается электрон, который далее захватывается диоксидом титана, который передаёт его токопроводящему прозрачному слою на стекле, что, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в цепи: токопроводящие оксидные слои-нагрузка.

Если более детально, то происходит это следующим образом: когда частица красителя в устройстве получает квант света, электрон красителя переходит в возбуждённое состояние, после чего за период, порядка секунды, электрон уходит в зону проводимости пористого диоксида титана. Так как краситель потерял электрон, он окисляется (то есть наблюдается недостаток электронов, и он имеет положительный заряд), в то время как электроны покидают устройство через анод, в это же время дырки переходят в электролит. Таким образом, происходит разделение зарядов. Окислённый краситель далее восстанавливается из электролита, содержащего йод, за время, около 1 мкс. При этом происходит восстановление красителя, и ионы йода превращаются в молекулы йода, далее за счёт диффузии, проникая к катоду, где и происходит их восстановление с помощью электронов из внешней цепи.

Подбор красителей, поглощающих широкий диапазон падающего света, делает подобное устройство весьма эффективным. В данный момент разработка красителей сосредоточена в направлении создания такого их вида, который ещё больше увеличивает разделение заряда на границе фаз оксид-электролит: он должен соответствовать, по сути, требованиям выпрямления тока, — чтобы был канал для перехода электронов из красителя в диоксид титана, в то же время как обратный ток (забирание электролитом зарядов) — был максимально снижен.
Одним из таких подходов стало добавление гуанидиния тиоцианата в состав электролита, что помогает компактной локализации красителя на поверхности диоксида титана и на выходе позволяет достигнуть эффективности энергопреобразования в 10,6%.

Описание компонентов устройства

▍ Диоксид титана ()

Одним из основных компонентов подобной солнечной батареи является диоксид титана. Несмотря, на такое «слишком химическое» название, с точки зрения обывателя, не нужно пугаться — он является одним из самых распространённых белых красителей и входит в состав множества красок, белил, лаков, различных грунтовок, штукатурок и т.д. и т.п. Ценят его за белизну и укрывистость, позволяющие создавать плотное белое покрытие на поверхности, и, кроме того, стойкое к ультрафиолету. Но, с другой стороны, его нельзя назвать дешёвым компонентом, и высокий процент содержания диоксида титана в лакокрасочном материале — на соответствующий процент поднимает и конечную цену.

Кроме названного, существенное количество диоксида титана идёт на производство пластика и резины, в качестве наполнителей. Также используется он и для производства бумаги, в фармацевтике, в пищевой промышленности (например, в зубных пастах) и даже в белой гуаши:-).

Одно время, автор этой статьи, когда прорабатывал идею собственного самодельного ксерокса (ну да, ударило в голову, было такое) — проводил эксперименты по созданию фотобарабана как раз с применением белой титановой гуаши из детского магазина…

Правда есть некоторая информация, что диоксид титана согласно классификации международного агентства по изучению рака отнесён к группе веществ, являющихся возможными канцерогенами для человека (насколько эта информация точна, не уверен).

При изготовлении солнечной батареи, нанесение титана производят следующим образом: на стеклянную пластину, со стороны токопроводящего слоя наклеиваются квадратом четыре отрезка скотча, таким образом, чтобы в середине между ними образовался квадрат открытого стекла.

Изменяя количество слоёв наклеиваемого скотча, можно варьировать и толщину будущего наносимого титанового покрытия. После чего, диоксид титана, в пастообразном виде наносят на пластину и стеклянной палочкой раскатывают по ней. В результате должна получиться плёнка из диоксида титана толщиной приблизительно 10-14 мкм, а скотч в этом процессе выступает как ограничитель толщины слоя (стеклянная палочка упирается в него).

Далее скотч снимают, и, после высыхания этого слоя, пластина с нанесённым диоксидом титана отжигается на воздухе, что в результате приводит к образованию пористой структуры из диоксида титана, совокупная площадь пор которой примерно в 2000 раз превосходит плоскую поверхность самой пластины. Это необходимо для того, чтобы создать максимальную площадь контакта.

▍ Красители — сенсибилизаторы

Как было уже сказано ранее, красители являются весьма важным элементом, и в качестве них могут использоваться как естественные красители, так и искусственные.

▍ Натуральные красители

Естественные красители являются весьма привлекательными в фотоячейках, так как обладают широким распространением и низкой ценой, в виду возможности быть добытыми из естественных источников.

Например, в качестве таких красителей может быть использован сок красного сицилийского апельсина, экстракт из кожуры баклажана, а также ряд иных плодовых экстрактов:

Картинка: Т. Н. Патрушева – «Технологии изготовления компонентов оксидных солнечных батарей»

— фототок короткого замыкания;
— фотонапряжение холостого хода;
— мощность;
— коэффициент заполнения;

Тем не менее несмотря на имеющиеся успешные примеры применения, стабильность и устойчивость естественных красителей оставляет желать лучшего, и фактически, можно сказать, что их возможности находятся ниже промышленных требований.

▍ Синтетические красители

Так как эти красители предназначены для обеспечения устойчивого окрашивания в промышленных условиях, к ним предъявляются жёсткие требования и они должны образовывать устойчивые цвета, несмотря на обработку горячей водой, паром, кислотами и т.д. (конечно, они должны соответствовать не всему сразу, каждый краситель предназначен для своего, конкретного применения).

Самыми лучшими красителями, обеспечивающими наивысшие КПД и устойчивость во времени (для целей фотоэлектрического преобразования), являются красители на базе полипирипил-комплексов рутения и осмия («N3», «black dye»).

Кроме того, так как фотоэлектрические ячейки работают в области видимого спектра, а инфракрасный спектр остаётся не задействованным, идут исследования красителей, способных воспринимать и преобразовывать и этот частотный диапазон. В качестве одного из таких красителей был найден эффективный преобразователь на базе цианинового сенсибилизатора (NK6037).

▍ Электролит

В качестве большинства электролитов используются водные растворы щелочей, солей, кислот. Их несомненным плюсом является то, что концентрация, а, соответственно, и проводимость электролита, может быть изменена в широких пределах. Одними из самых широко распространённых являются растворы гидроксидов калия и натрия, при этом щелочные растворы обладают высокой электрической проводимостью. В качестве электролита могут быть использованы и растворы солей, обладающие умеренной электрической проводимостью.

▍ Прозрачные плёнки-электроды

Так как захваченные электроны необходимо ещё каким-то образом отводить, то для этих целей используются специальные прозрачные и в то же время топроводящие плёнки, нанесённые на поверхность стёкол (стекло нужно в качестве механической основы, чтобы создать механически прочный «бутерброд»). В качестве таковых могут использоваться плёнки с оксидами олова, индия, кадмия, галлия, меди, цинка.

Так как плёнки подобного типа будет не так просто достать, либо они могут быть не совсем дешёвыми, полагаю, что для целей создания дешёвого фотоэлемента можно попробовать использовать какую-либо из великого разнообразия металлизированных декоративных плёнок. Или, например, использовать стандартные металлизированные (т.е. тонированные) стёкла, которые используются для остекления — так как обычно их покрывают металлами, насколько мне известно, в том числе даже и золотом (скажем, стёкла для остекления солнечной стороны зданий). Да, за счёт не такой хорошей прозрачности, эффективность, по идее, будет ниже. Но, почему бы и нет! Этот вопрос остаётся открытым, поэтому будет интересно обсудить его в комментариях…

Переходим на органику

Устройство органической солнечной батареи подобно сэндвичу: вместо ломтей хлеба в ней электродные слои, а между ними — слои органического материала, активируемого солнечным светом. УФ-свет возбуждает электроны в этом материале, они поступают в электродные слои и генерируют электрический ток. Усовершенствование материалов внутренних или внешних слоев этого сэндвича — путь к более эффективным солнечным батареям. Графен, к примеру, опробовали как замену применяемым ныне электродам из оксида индия-олова, и графеновые электроды вполне годятся, судя по статье, опубликованной в 2010-м. И тот и другой электроды прозрачны, но графен предпочтительнее, потому что оксид индия-олова — не очень доступный материал.

«Я бы поставил деньги на солнце и солнечную энергию, такая в них мощь! Надеюсь, мы решим эту задачку прежде, чем у нас кончатся нефть и уголь» Томас Эдисон (1846-1931), американский изобретатель, предприниматель

Химическая компания БАСФ недавно объединила усилия с «Даймлером» — подразделением «Ягуара», — и они теперь вместе делают органические, прозрачные, светособирающие солнечные панели на крыши своих новых электромобилей — «смарт-форвижн». К сожалению, крыша не впитывает энергии достаточно, чтобы хватило на движение, но хоть на кондиционер внутри набирается. Именно низкая эффективность солнечных батарей — их главная теперешняя беда. Они все никак не переберутся за отметку в 12%. К тому же кремниевые солнечные панели служат до 25 лет, а органическому аналогу непросто выжить и половину этого срока. Зато их можно красить в любой цвет, и они гнутся. Так что если вам понадобится гнущийся прибор на солнечной батарее пурпурного цвета, который придется через пару лет выкинуть, органические батареи — ваш выбор.

Солнечное напыление

Пока идет работа с органическими материалами, нацеленная на повышение их эффективности и долговечности, возникают новые материалы. Перовскитоподобные структуры, содержащие и органические, и неорганические составляющие, вошли, по мнению всемирно прославленного журнала «Сайенс», в десятку научных прорывов 2013 года. Эти материалы демонстрируют удивительную эффективность — 16%, и это совсем не предел — есть прогнозы 50%-ной эффективности. Их легко производить, да и методы напыления уже разрабатываются. Быть может, до окошка из Будущего недалеко. Хотя, конечно, покрывать половину вашего счета за отопление — не фунт изюма.

В фотосинтезе энергию солнечного света усваивает хлорофилл, природный пигмент, который передает возбуждение, провоцируемое светом, электронам посредством цепи химических реакций и тем создает химическую энергию. Сенсибилизированные красителем солнечные батареи, изобретенные швейцарским химиком Михаэлем Гретцелем в 1991 году, способны на нечто подобное благодаря нанесенному на них пигментному веществу. Сенсибилизация красителем означает, что краситель делает батарею чувствительной к свету. Этот краситель нанесен на полупроводник внутри батареи, они химически связаны друг с другом, и когда на ячейку батареи попадает свет, он возбуждает электроны в красителе, те «перепрыгивают» в полупроводниковый слой, который превращает их в электрический ток.

Ученые проверили действие сенсибилизаторов порфиринов, аналогичных растительному пигменту хлорофиллу. Наиболее фоточувствительными признаны красители, содержащие переходные металлы — рутений, например, хотя рутений — редкий металл, и потому его на производство солнечных батарей в дальней перспективе не хватит. Эффективность в целом тоже пока низкая. В 2013 году, впрочем, Гретцель и его коллеги в Швейцарском федеральном технологическом институте применили перовскитоподобные материалы и так увеличили эффективность извлечения энергии сенсибилизированными солнечными батареями до 15%.

Хлорофилл

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий