Солнечные батареи, которые преобразуют свет в электрическую энергию, играют большую роль в стимулировании выработки солнечной энергии во всем мире. Однако исследователи до сих пор сталкиваются с ограничениями, мешающими увеличить масштабы распространения этой технологии. Повышение эффективности батарей остается актуальной задачей. Ученые всего мира не оставляют попыток создать компактную, удобную в использовании и недорогую технологию, которой мог бы воспользоваться каждый. Некоторые исследователи обещают, что в самом ближайшем будущем переработка световой энергии в вашем доме станет простой и обыденной процедурой. Во главе с Шашанком Прия, команда инженеров-механиков и химиков из Политехнического университета Виргинии производит гибкие солнечные панели, из которых получаются оконные жалюзи или обои для захвата энергии Солнца и источников внутри зданий.

Солнечные модули толщиной менее полумиллиметра создаются с помощью трафаретной печати при низкой температуре. Часть гибкой пятислойной структуры материала – пастообразный оксид титана. В результате получаются тонкие, гибкие панели, похожие на плитки в ванной комнате. Эти плитки можно соединять вместе и покрывать ими большие площади. Одна панель размером примерно с человеческую ладонь обеспечивает около 75 милливатт мощности. Ученые предполагают, что от панели размером с обычный лист А4 хватит для того, чтобы без труда зарядить смартфон.

Работа Прия и его команды подробно описана в статье, опубликованной в июньском номере ACS Energy Letters. Инженеры обещают, что их панели захватываю широкий спектр волн света, что позволит добывать энергию, установив специальные жалюзи. Другая работа, демонстрирующая стабильность работы пластин, будет опубликована позже в этом же журнале.

На сегодняшний день гибкие панели по своей эффективности немного уступают более тяжелым и жестким кремниевым, и Прия говорит, что требуются еще дополнительные исследования. Тем не менее, вполне вероятно, что новые гибкие панели скоро догонят своих более жестких «собратьев».

Традиционные кремниевые элементы, которые рекламировались с точки зрения эффективности как золотой стандарт индустрии больше десятилетия, являются относительно дешевыми. КПД преобразования солнечного света в электричество составляет 15–20%. Панели Прия дают около 10% КПД в стандартном размере. Чем меньше размер, тем больше эффективность, поэтому ученые видят потенциал для гораздо более эффективного сбора энергии.

Мировой рекорд эффективности для многопереходных солнечных батарей принадлежит двум французским компаниям – Soitec и CEA-Leti, которые совместно с Институтом солнечных энергосистем Фраунговер добились 46% в декабре 2014 года. Предыдущее достижение в этой области (44,7%) также принадлежит объединению институтов и компаний, при участии Берлинского центра имени Гельмгольца.

Большинство кремниевых панелей могут поглощать только солнечный свет. Гибкие панели сконструированы так, что могут поглощать рассеянный свет, например, от светодиодов, ламп накаливания и люминесцентных светильников.

Технология привлекательна по нескольким причинам. Во-первых, для изготовления модулей не требуется высокая температура, а оборудование для их производства сравнительно недорогое и простое в использовании. Во-вторых, есть возможность создать как миниатюрные панели, от которых будут заряжаться всевозможные устройства в доме, так и целые листовые рулоны, которыми можно оклеить всю комнату и использовать для энергоснабжения и отопления. Из панелей получаются жалюзи или шторы, которые будут поглощать свет через окна. Свойства панелей таковы, что у них действительно очень мало ограничений с точки зрения источников света.

Поскольку гибкие панели приближены к конверсионной эффективности твердого кремния и стекла, их можно использовать там, где старая технология не может быть конкурентной. Например, в военной форме и рюкзаках. Теперь лаборатория Прия сотрудничает с Научно-исследовательским центром электроники и средств связи американской армии (CERDEC). Если добавить гибкие панели к этим вещам, солдаты сами по себе будут ходячей станцией для подзарядки. Это поможет сократить количество носимого материально-технического оборудования и уменьшить вес того, что каждый отдельный солдат носит на своей спине.

«Прямо сейчас мы находимся на передовом рубеже этой технологии. Мы способны изготовить модули большой площади с высокой эффективностью и активно работаем, чтобы вывести наш продукт на рынок. Мы видим широкий спектр применения этой технологии: от одежды до окон в умных домах, от беспилотных летательных аппаратов до мобильных станций подзарядки» – утверждает Прия.

DOI: 10.1021/acsenergylett.6b00457