Новый рекорд эффективности дешёвых пластиковых солнечных батарей установлен исследователями из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США): их изделиям удалось преобразовать 10,6% солнечной энергии в электричество. Предыдущий рекорд, достигнутый летом 2011 года, равнялся 8,6%.

Целью команды исследователей, руководимой Яном Яном, профессором материаловедения и инжиниринга из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, было создание пластиковых фотоэлементов, которые смогли бы достичь показателей массово выпускаемых неорганических солнечных батарей, оставаясь при этом значительно более дешёвыми. Новый светопреобразующий полимер, разработанный совместно с Sumitomo Chemical, позволил приблизиться к решению этой задачи.

Рис. 1. Пластиковые солнечные батареи могут принимать почти любую форму, что существенно диверсифицирует возможности их применения. (Здесь и ниже изображения Konarca Technologies).

Производящиеся сегодня кремниевые солнечные батареи, разумеется, способны на куда бóльшие КПД-подвиги. Лучшие лабораторные результаты для неорганических фотоэлементов стремятся к 43%, и даже промышленно выпускаемые батареи дают 24%. Но вот стоят они… Что-то вроде $3 тыс. на киловатт установленной мощности, а это в два-три раза дороже, чем у тепловых электростанций и крупных ГЭС.

Преимущества полимерных солнечных батарей очевидны: они гибки, легки, дёшевы в массовом производстве. Но до недавнего времени всё это перевешивалось одним, но важным недостатком — низким КПД, обычно в районе 5–7%.

В новой полимерной батарее два слоя. Первый, внешний, извлекает энергию из видимого светового излучения, а второй, под ним, — из инфракрасного, теплового. Дело в том, что с ростом температуры производительность солнечных батарей падает. Получая электричество от тепловой энергии, второй слой ещё и охлаждает фотоэлемент, поддерживая его КПД на более высоком уровне. Напомним: лучшие неорганические фотоэлементы тоже состоят из слоёв, количество которых может доходить до восьми. Проблемой здесь является их стоимость: восьмислойные фотоэлементы на кремниевой основе приходится делать по стандартным радиоэлектронным технологиям, что в случае солнечных батарей слишком дорого — цены, приемлемые для микросхем, неподъёмны для гектарных гелиоэлектростанций.

Полимеры же могут «печататься» в жидком виде, с последующим застыванием и не требуют всех этих вакуумных напылений и иных высокотемпературных экологически небезопасных процессов, обходящихся в копеечку.

Рис. 2. Кроме того, их можно применять для затенения помещений — в качестве тонировочной плёнки, вырабатывающей электричество.

Своей новой целью профессор Ян называет создание пластикового фотоэлемента с КПД 15%. По его словам, хотя 10% хватает для того, чтобы конкурировать с тонкослойным кремниевым солнечным фотоэлементом (который примерно втрое дороже пластикового), обычно любые фотоэлементы в лаборатории показывают эффективность в полтора раз выше, чем в «поле», в основном из-за производственно-технологических проблем (худшее качество изготовления в серии) и банальной запылённости (в большой энергетике никто не будет посылать лаборанта чистить от пыли каждый квадратный сантиметр батареи).