По словам экспертов из Техасского университета, солнечные батареи, изготовленные методом напыления, печатаются “почти как газеты”.
Сейчас наша исследовательская группа занимается созданием нанокристаллов. Мы берем элементы из группы CIGS – медь, индий, галлий и селенид – и превращаем эти неорганические (поглощающие свет) материалы в крошечные частицы, которые помещаем в растворитель, чтобы получить чернила или краску”, – объясняет Когель. Эта солнечная “краска” выполняет ту же функцию, что и громоздкие фотоэлектрические солнечные коллекторы на крышах и “солнечных фермах” по всему миру. Коргель называет этот небольшой коллектор “солнечным сэндвичем”, с металлическими контактами сверху и снизу и светопоглощающим слоем в середине.
Солнечную краску” можно распылять на пластиковые, стеклянные и тканевые поверхности, чтобы превратить их в солнечные батареи. Процесс похож на печать на газете. Подложка может быть несколько гибкой (например, плоский лист пластика, металлическая фольга или даже лист бумаги). Кстати, толщина слоя наночастиц, используемых в краске CIGS, составляет 1/1000 часть человеческого волоса.
Отдельные ячейки можно собирать в солнечные панели (по данным NREL, 40 ячеек на панель) для питания домов и заводов. Единственное “но” – эффективность преобразования солнечного света должна составлять 10 %, чтобы промышленное производство “краски” было рентабельным. На данный момент этот показатель не превышает 3%, но исследователи надеются, что его можно поднять до требуемого уровня.
Распыляемые солнечные элементы – “зеленое” электричество для микроустройств
Исследователи из Университета Южной Флориды разработали солнечную батарею настолько маленького размера, что ее можно просто распылить на любую поверхность под солнечными лучами, включая стены и крыши. Длина таких солнечных элементов составляет менее 1 мм, и они могут питать только очень маленькие устройства. Используя органические полимеры вместо кремния, доктор Сяомин Цзян смог создать легкорастворимые солнечные элементы, которые можно наносить на любой подходящий материал. Двадцать таких элементов вырабатывали 8 вольт электроэнергии и использовались в нанотрубчатых датчиках для обнаружения вредных химических веществ.
Кроме того, американская компания New Energy Technologies недавно объявила о разработке “солнечного окна” (“SolarWindow”), которое было протестировано в Университете Южной Флориды. По словам разработчиков, эти солнечные панели, наносимые на стеклянные поверхности, могут генерировать электричество даже при искусственном освещении в помещении. Для их изготовления были использованы те же крошечные солнечные элементы, которые разработал Сяомин Цзян.
Завод по производству солнечных батарей с напылением (Австралия)
Исследователи из Австралийского национального университета совместно с представителями компаний Spark Solar Australia и Braggone работают над трехлетним проектом по разработке недорогих и высокоэффективных солнечных батарей с напылением. Традиционно солнечные элементы изготавливаются путем покрытия кремния тонким антибликовым слоем нитрата кремния. Высокая стоимость производства обусловлена необходимостью проведения процесса, особенно в условиях вакуума. В новом методе используется напыляемая водородная пленка и напыляемая антибликовая пленка (вакуум не требуется). Солнечные элементы проходят через конвейерную ленту, на которую напыляются пленки. Этот упрощенный метод позволяет сэкономить до 5 миллионов долларов США капитальных вложений для завода среднего размера.
Завод по производству солнечных батарей, который будет создан компанией Spark Solar, станет крупнейшим поставщиком солнечных батарей в Южном полушарии. Месторасположение будущего завода еще не определено (рассматриваются Аделаида, Джилонг, Вуллонгонг, Куинбейан и Канберра). Первые солнечные батареи были запущены в производство уже в конце 2010 года, а общий годовой объем производства превысил 10 миллионов ячеек, а экспортная выручка составила 135 миллионов австралийских долларов в год.
Норвежская компания EnSol AS совместно с группой ученых из Университета Лестера разработала запатентованную конструкцию солнечной батареи, в которой используются металлические частицы диаметром около 10 нанометров. Ученые планируют использовать это изобретение для превращения самолетов и зданий (включая окна) в генераторы солнечной энергии. Новая тонкопленочная “краска” для солнечных батарей может быть нанесена на любую плоскую поверхность.
Предложенная технология уже протестирована, но пока находится в стадии доработки; разработчики надеются довести эффективность изобретения до 20%, прежде чем вывести его на рынок к 2016 году. В любом случае, материал EnSol, покрытый тонкой прозрачной пленкой фотоэлементов, уже доказал свое превосходство над многими существующими и параллельно разрабатываемыми конкурентами технологиями.
Итак, подведем итоги
Тот факт, что “солнечные” материалы можно использовать в виде аэрозольной краски, значительно открывает возможности для производства “мобильной” энергии.
Распыленные фотоэлементы могут улавливать не только ультрафиолетовое, но и инфракрасное излучение, поэтому работе “солнечной краски” не мешает затянутое облаками небо.
Покрытие автомобилей такими материалами теоретически может поддерживать батареи в постоянно заряженном состоянии.
Если их нанести на крыши и оконные поверхности, то количество вырабатываемой электроэнергии можно еще больше увеличить. Кроме того, такие солнечные батареи будут лучше противостоять непогоде, чем современные хрупкие солнечные коллекторы.
Однако
Эффективность элементов зависит от того, сколько солнечного света они поглощают, поэтому пользователям придется регулярно очищать солнечную “краску” на стенах и крышах. Австралийский национальный университет проводит исследование возможности использования солнечных батарей в помещениях, которое планируется завершить к концу 2011 года.
Вопрос экономической эффективности остается нерешенным (исследования в этой области стоят дорого).
Комбинация медь-индий-галлий-селен является дорогостоящей и малодоступной.
В любом случае, у исследователей есть широкое поле для исследований и экспериментов. И мы надеемся, что однажды мы сможем увидеть и купить невероятные “солнечные краски”.
