Открыт новый путь к дешёвым солнечным батареям

Недорогие и, что важно, долговечные солнечные панели могли бы поставлять человечеству океаны энергии. Оригинальный подход к их построению разработали Бенуа Марсан (Beno?t Marsan) из университета Квебека (UQAM), Михаель Гретцел (Michael Gr?tzel) из лаборатории фотоники и интерфейсов швейцарского политехнического института (LPI) и их коллеги.

Авторы технологии говорят, что в перспективе её можно применить в построении тонких гибких солнечных ячеек на пластиковой основе (иллюстрация Mingkui Wang et al./JACS).

Исследование отталкивается от дизайна так называемых ячеек на основе сенсибилизированных красителей. Сердце батареи — наночастицы диоксида титана, покрытые молекулярным красителем, который поглощает солнечный свет примерно так же, как хлорофилл в листьях. Диоксид погружён в электролит, и этот "сэндвич" венчает катализатор на основе платины.

Марсан (вверху) и его канадские коллеги развили и усовершенствовали систему, придуманную Гретцелем (внизу) и сотрудниками его лаборатории ещё в 1990-х. Ныне команды из двух стран объединили усилия для продолжения эволюции этой перспективной батареи (фото Nathalie St-Pierre/EPFL).

По аналогии с щелочными аккумуляторами здесь анод (диоксид титана) и катод (платина) расположены по обе стороны от жидкого проводника. Свет проходит через полупрозрачный катод и электролит, а на аноде генерирует электроны, которые бегут к катоду по внешней цепи.

Почти все материалы тут недороги, за исключением платины, которая к тому же непрозрачна, и даже тонкое её покрытие задерживает часть лучей. Но есть и другие проблемы: применяемый электролит агрессивен (что сокращает срок службы устройства), ярко окрашен (это уменьшает долю света, используемого по назначению) и не позволяет генерировать напряжение больше 0,7 вольта.

От всех этих недостатков прежней схемы и сумел избавиться Марсан. Он и его коллеги создали подходящий для "сенсибилизированной" батареи электролит-гель, который неагрессивен, прозрачен и позволяет поднять напряжение ячейки. А в катоде такой батареи учёным удалось заменить платину на эффективный, простой в производстве и намного более дешёвый сульфид кобальта. (Детали — в пресс-релизе университета и статьях в Nature Chemistry и Journal of the American Chemical Society.)

Партнёры по исследованию разработали и построили несколько опытных солнечных батарей по новым принципам. Они показали КПД 6,4-6,5%. Это немного даже по меркам серийных ячеек, но всё ещё очень заманчиво, учитывая потенциальную дешевизну таких устройств при массовом выпуске.