Американские химики научились производить медь-индий-диселенидые фотоэлементы потоковым способом, используя в качестве источника энергии обычные солнечные лучи.

Исследователи во главе с Чиххунг Чаном (Chih-Hung Chang) из Университета штата Орегон (США) создали микрореатор, в котором непрерывным потоком создаются чернила из наночастиц, содержащих компоненты фотоэлемента, кои затем смешиваются принтером при нанесении активного слоя на подстилающую поверхность.

Это резко выделяет технологию из ряда нынешних групповых методов обработки заготовок для солнечных батарей, являющихся более времязатратными.

В качестве источника энергии для техпроцесса используется солнечный свет, сконцентрированный отражающей тарелкой и направляемый на микрореактор. Несмотря на столь умеренное поступление энергии, время, затрачиваемое на создание отдельного фотоэлемента, в 10–40 меньше, чем у альтернативных методов производства медь-индий-диселенидных солнечных батарей.

Рис. 1. Параболический рефлектор, спирально закрученная трубка для смешивания компонентов чернил и… всё. Схему изготовления можно охарактеризовать одной фразой: «Всё сложное не нужно, всё нужное просто». Наверное, подобную установку высоко оценил бы М. Т. Калашников, работай он в этой сфере. (Иллюстрация Ki-Joong Kim.)

Что запитает установку ночью, когда солнца нет?

Как рассказывает г-н Чан, он и его коллеги уже трудятся над конструкцией теплового аккумулятора на расплавленных солях, способного подогреваться днём и не остывать ночью, что позволило бы круглосуточно изготавливать солнечные батареи по новой технологии. Исследователь считает, что

даже при исключительно дневной работе такой теплоаккумулятор всё равно нужен — для точного контроля рабочей температуры микрореактора.

Поскольку речь идёт о прямозонной батарее, хорошо поглощающей солнечный свет, то даже при рабочем слое толщиной всего в 1–2 мкм удаётся получить КПД до 20% (в лабораторных условиях). Это очень близко к показателям лучших кремниевых солнечных батарей толщиной в 50–100 мкм, которые значительно превосходят медь-индий-диселенидные в цене.

По оценкам исследователей, новый процесс создания тонкоплёночных солнечных батарей хорош тем, что не требует дорогого оборудования и технологически довольно прост.

Это позволит наладить изготовление фотоэлементов везде, где достаточно солнечного света, а малый вес конечного продукта поможет в его интеграции на любую поверхность, включая оконное стекло, причём без необходимости предварительного усиления конструкции (скажем, при размещении фотоэлементов на крыше). Ну а почти полное отсутствие во внешнем вводе энергии от сети означает, что энергетическая рентабельность и время возврата фотоэлементами затраченной на их создание энергии наконец-то перестанут быть ахиллесовой пятой гелиоэнергетики.

В настоящее время разработчики рассматривают возможность использования столь же простого процесса для производства ещё более недорогих фотоэлементов на цинк-медь-сульфиде олова.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале RSC Advances.