Пластиковые солнечные батареи побили рекорд эффективности

Целью команды исследователей под руководством профессора материаловедения и инжиниринга Яна Яна, было создание пластиковых фотоэлементов, которые смогли бы достичь показателей массово выпускаемых неорганических солнечных батарей при значительно меньших расходах на их изготовление. Новый светопреобразующий полимер, разработанный совместно с Sumitomo Chemical, позволил приблизиться к решению этой задачи.

Производящиеся в настоящее время кремниевые солнечные батареи обладают гораздо большим КПД. Лучшие лабораторные результаты для неорганических фотоэлементов стремятся к 43%, и даже промышленно выпускаемые батареи дают 24%. Главная проблема – в их высокой стоимости, составляющей около 3 тысяч долларов на киловатт установленной мощности. Это в два-три раза дороже, чем у тепловых электростанций и крупных ГЭС.

Новая полимерная батарея состоит из двух слоев. Первый, внешний, извлекает энергию из видимого светового излучения, а второй, под ним, — из инфракрасного, теплового.

Дело в том, что с ростом температуры производительность солнечных батарей падает. Получая электричество от тепловой энергии, второй слой ещё и охлаждает фотоэлемент, поддерживая его КПД на более высоком уровне. Лучшие неорганические фотоэлементы тоже состоят из слоёв, количество которых может доходить до восьми. Проблемой, опять же, является их стоимость: восьмислойные фотоэлементы на кремниевой основе приходится делать по стандартным радиоэлектронным технологиям. Однако, цены, приемлемые для микросхем, слишком велики для гектарных гелиоэлектростанций.

Полимеры же могут «печататься» в жидком виде, с последующим застыванием и не требуют вакуумных напылений и других сложных высокотемпературных процессов.

Следующая цель ученых – создать пластиковый фотоэлемент с КПД 15%. Хотя 10% хватает для того, чтобы конкурировать с тонкослойным кремниевым солнечным фотоэлементом (который примерно втрое дороже пластикового), обычно любые фотоэлементы в лаборатории показывают эффективность в полтора раз выше, чем в жизни из-за производственно-технологических проблем (худшее качество изготовления в серии) и запылённости, отмечает Technology Review.