Краска или пленка?: Солнечные батареи нового поколения

Ученые разработали пластиковые солнечные батареи на основе квантовых точек, способные превращать энергию Солнца в электричество даже в пасмурный день.
Краска или пленка?: Солнечные батареи нового поколения

Новый материал на основе квантовых точек, созданный группой исследователей под руководством Теда Сарджента, профессора факультета электротехники и вычислительной техники Университета Торонто, впервые способен с заметной эффективностью (2−4%) улавливать и преобразовывать в энергию инфракрасное излучение Солнца. На основе результатов исследований новых материалов ученые предполагают, что подобные солнечные батареи могут со временем стать в несколько раз более эффективными, чем уже существующие.

Взвесь полупроводниковых наночастиц, называемых квантовыми точками, легко наносится на поверхность подобно аэрозольной краске, что существенно снижает стоимость производства подобных батарей — по оценкам группы Сарджента, стоимость материалов для покрытия 1 кв. м слоем квантовых точек толщиной 1 мкм составляет в настоящее время менее $20 (при массовом производстве эта цифра будет меньше). При этом подобная технология предоставляет очень большую гибкость в выборе формы батарей. Например, электромобиль, покрашенный такой краской, находясь на свету, теоретически может постоянно подзаряжать батарею.

Исследователи даже мечтают, что однажды «солнечные фермы», построенные с использованием подобного материала, будут построены в пустынях в таком количестве, что энергии, вырабатываемой ими, будет достаточно для обеспечения нужд всей планеты.

«Количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли, в 10000 раз превышает наше энергопотребление», — говорит Тед Сарджент. «Если мы покроем 0,1% земной поверхности высокоэффективными солнечными батареями», — добавляет ученый, — мы в принципе сможем заменить традиционные источники энергии новыми, экологичными и возобновляемыми».

Подобные солнечные батареи на основе квантовых точек, распределенных в полимерной матрице, сами по себе не являются новинкой. Но существующие материалы до сих пор были способны улавливать только видимый свет, в то время как инфракрасная часть солнечного спектра оставалсь «неохваченной». Новый материал — первый, который способный улавливать и преобразовывать инфракрасную часть спектра с эффективностью от 2 до 4,2% (последнее значение является рекордным для ближнего ИК-диапазона).

В конечном счете, посредством «солнечных ферм» можно будет улавливать большой объем солнечной энергии и использовать для наших нужд, утверждают ученые.

«Это потенциальная замена других источников электроэнергии, которые производят «парниковые газы» в качестве побочного эффекта — таких, как уголь», — говорит Сарджент.

В Японии, самом масштабном в мире рынке солнечной энергии, правительство предполагает, что к 2030 году половина энергоснабжения жилого сектора будет производиться на солнечных электростанциях — сейчас на них приходятся доли процента.

Главная сложность относительно использования солнечной энергии в настоящий момент — экономическая целесообразность.

Стоимость солнечной энергии при текущих затратах на производство составит 0,25−0,5 долларов США за киловатт-час. Это гораздо больше, чем средняя стоимость электроэнергии для жилых домов. Средняя цена в США по экспертным оценкам — менее, чем 10 центов за киловатт-час.

Но с новым материалом эта ситуация может измениться.

«Гибкая солнечнобатарейная плёнка может стать инструментом, переводящим солнечную энергию в экологичный и удобный источник энергии», — говорит Джон Вулф, специализирующийся на нанотехнологиях венчурный инвестор нью-йоркской компании «Lux Capital».

По материалам nationalgeographic.com и University of Toronto.