Начинающая компания из Уэльса G24 Innovations (G24i) достигла рекордной эффективности в 26% для органических фотоэлементов на базе красителей. Пока основное применение для нового фотоэлемента разработчики видят в подпитке беспроводных клавиатур и гаджетов, но в будущем намерены устремиться в большую энергетику.

Технология нацелена на дополнительное энергообеспечение гаджетов, беспроводных клавиатур и пр. Поэтому стандартные (а точнее — идеальные) условия работы энергетических фотоэлементов, такие как 1 000 Вт/м² и температура фотоэлемента в 25 ˚С, для батарей не являются ориентирами, поскольку достичь этого в условиях дома или офиса часто невозможно.

Рис. 1. Стандартная ячейка Гретцеля проста и не содержит дорогостоящих элементов, однако добиться от неё КПД в 26% раньше не удавалось. (Здесь и ниже изображения G24i).

Органические фотоэлементы на основе красителей, известные также как ячейки Гретцеля, — это цветосенсибилизированные (цветочувствительные) фотоэлектрохимические ячейки, чем и отличаются от кремниевых или обычных органических фотоэлементов. Они дешевле, потому что их производство не требует сложного оборудования. Ячейки имеют простую структуру: пара электродов и йодсодержащий электролит. Один электрод, находящийся на прозрачной электропроводящей подложке, состоит из диоксида титана (TiO₂). Другим как раз и является сама прозрачная электропроводящая подложка.

Работу такого фотоэлектрохимического элемента часто сравнивают с фотосинтезом: в обоих случаях используются окислительно-восстановительные реакции, протекающие в электролите. Ранее КПД таких фотоэлементов не превышал 14–15%, хотя теоретические лимиты отсутствуют до 32–34%. Основным практическим ограничением для ячеек Гретцеля считается их морозостойкость: современные жидкие электролиты замерзают при отрицательных температурах, что разрушает фотоэлемент. А вот при высоких температурах они работают идеально, не демонстрируя снижения КПД вплоть до 60 ˚С.

G24i пока лишь патентует новый состав красителя и электролита, позволивший достичь рекордной эффективности (разумеется, не вдаваясь в подробности). При этом показатель был получен при совершенно необычных условиях: речь идёт о КПД преобразования света стандартной энергосберегающей флуоресцентной лампы GE Polylux 827 со светимостью в 200 лк. От этой лампы фотоэлементам на базе ячеек Гретцеля удалось получить 16,8 мВт. По словам представителей компании, сегодня на рынке существуют беспроводные клавиатуры с энергопотреблением, различающимся на порядок, и для самых экономичных изделий достигнутой эффективности уже хватает для обеспечения полной энергоавтономии. В клавиатурах-прототипах, тестируемых сегодня G24i, для коротких бессветовых периодов используются суперконденсаторы, запасающие электроэнергию от солнечных батарей в периоды высокой освещённости и малой нагрузки на клавиатуру.

Рис. 2. Компания уже производит беспроводные клавиатуры, не нуждающиеся в батарейках и работающие от офисного освещения (как естественного, так и искусственного).

При использовании с современными гаджетами на литиевых батареях G24i-разработка пока не может обеспечить полную энергоавтономность (кроме электронных книг, потребление которых очень мало), однако уже сегодня они могут в 1,5–2 раза увеличить время работы устройств до полной разрядки.

Авторы нового электролита для ячеек Гретцеля не собираются останавливаться на применении разработки только в закрытых помещениях. Они уже «щупают» твёрдые электролиты со сходными КПД, которые могли бы функционировать, не замерзая, при отрицательных температурах и, таким образом, пробить себе дорогу в большую энергетику.