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
Пластиковые солнечные батареи нового поколения можно наносить, как краску, или наклеивать, как пленку.

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.