Солнечные батареи: чем тоньше, тем мощнее

Ученые из Стенфордского университета выяснили, что сверхтонкая пленка органического полимера может поглощать больше энергии солнечного света. Это означает, что есть возможность создания солнечных панелей с эффективностью, о которой ранее не приходилось и мечтать. Все дело в том, что свет в материалах толщиной около нанометра ведет себя не так, как в толстых кремниевых панелях.

Опыты стенфордских инженеров показывают, что свет "рикошетит" внутри сверхтонкой полимерной пленки совсем не так, как в более толстой. При правильном подборе толщины различных слоев, можно создать солнечную панель, которая будет поглощать в 10 раз больше энергии, чем предсказывают теоретические расчеты.

Зеленый и розовый слой - это структура, переотражающая как можно больше солнечных лучей на органическую сверхтонкую пленку (красный цвет), которая захватывает свет и генерирует электричество.

Ключ к этому лежит в создании условий, при которых солнечный свет останется внутри панели достаточно долго. Ученые сравнивают это с хомяком, крутящим генератор: если вы хотите получить больше энергии, нужно, чтобы хомяк бежал как можно дольше и не убегал из колеса.

В современных кремниевых пластинах "хомяка" заставляют бегать подольше с помощью шероховатой поверхности, т.е. заставляют фотоны переотражаться внутри пластины как можно дольше. Однако все усилия по повышению эффективности кремниевых панелей упираются в ряд труднопреодолимых технологических барьеров, которые серьезно отражаются на стоимости солнечной энергии.

Сосредоточившись на наноуровне, ученые обнаружили, что для повышения эффективности солнечной энергетики требуется больше внимание уделить свету, как волне, а не потоку частиц. Видимый свет имеет длину волны от 400 до 700 нм, и после применения материалов меньших размеров стало возможным задержать свет на более длительное время, увеличив поглощение энергии в макромасштабе. Новая солнечная панель представляет собой "сэндвич" из трех слоев, между которыми находится ультратонкая пленка. Два верхних слоя собирают и направляют свет в сверхтонкую пленку, где солнечные лучи задерживаются для переработки в электричество, нижний слой является зеркалом. Варьируя параметры различных слоев, исследователи смогли достичь 12-кратного увеличения количества поглощаемого света.

Американские ученые заявляют о больших перспективах новой технологии: органический полимер дешев в производстве, и солнечные панели на его базе получатся компактными и мощными. Главное - подобрать правильное, коммерчески выгодное соотношение параметров.