Ученые повысили КПД недорогих солнечных батарей — кремний скоро уйдет в историю?

   Ученые из университета Вашингтона достигли успеха в повышении эффективности солнечных батарей. Оговоримся, речь идет не о привычных уже кремниевых батареях, которые можно встретить, например, в калькуляторах, а о цветосенсибилизированных солнечных батареях, которые были открыты в 1991 году Майклом Гретцелем (Michael Graetzel). Они представляют собой фотоэлектрохимические элементы, в которых используются фотосенсибилизированные мезопористые оксидные полупроводники.

   Солнечные батареи на ячейках Гретцеля имеют массу преимуществ: они гибкие, дешевле и проще в производстве, чем кремниевые. К сожалению, по эффективности преобразования они пока существенно уступают последним.

   Для повышения эффективности необходимо, чтобы поверхность элемента хорошо поглощала свет. Материал, из которого состоит ячейка Гретцеля, имеет гомогенную структуру — все частицы имеют одинаковый размер. С одной стороны, можно увеличить размер этих частиц, сделав их сопоставимыми с длиной волны света — это заставит лучи света многократно отражаться внутри слоя, увеличивая долю света, преобразованного в электричество. С другой стороны, чем меньше частицы, тем больше суммарная площадь их поверхности, улавливающей свет.

   Чтобы разрешить это противоречие, ученые предложили интересный подход: сформировать из мелких гранул микроскопические шарики (на первом снимке изображен отдельный шарик диаметром 300 нм, сформированный из 15-нм гранул). Малые размеры гранул позволяют увеличить площадь поверхности, а сравнительно большие размеры шариков — эффективно улавливать лучи света, не давая им отразиться от поверхности. На втором снимке показан слой, образованный миллионами шариков, а на нижнем — поглощающая свет поверхность толщиной около 10 мкм, состоящая из микроскопических шариков.

   В это трудно поверить, но частицы одного грамма материала, который используется в солнечной батарее, имеют суммарную площадь поверхности около 100 кв.м. По словам участников проекта, результат превзошел ожидания.

   В своей разработке ученые использовали оксид цинка. С ним легче работать, хотя он имеет меньшую эффективность, чем оксид титана, используемый в коммерческих батареях. Максимальная эффективность, достигнутая ранее в батареях из оксида цинка, составляла 2,4%. Разработка позволила повысить ее примерно в 2,6 раза, до 6,2%. Как ожидается, такой же эффект можно получить и для оксида титана, батареи из которого сейчас имеют КПД 11%. В случае успеха, эффективность батарей из оксида титана превзойдет эффективность кремниевых батарей. В этом случае, им придется уступить место новой технологии: боле дешевым и эффективным солнечным батареям.