Альтернативная энергетика все больше входит в моду, а солнечные батареи — в первых ее рядах. Сегодня появилась возможность существенно повысить их эффективность. Воспользуемся?

Солнечные батареи уже не первый год пользуются заслуженной популярностью не только среди любителей «зеленого» образа жизни, но и у представителей широкого спектра отраслей действующего бизнеса, которые вынуждены решать непростую задачу: обеспечить клиентам комфорт даже вдали от цивилизации.

Гостиничный бизнес в укромных уголках планеты, базы для любителей активного туризма, производство авто нового «антикризисного» поколения (электромобилей и машин с комбинированным двигателем) — вот далеко не полный перечень областей предпринимательской деятельности, участники которых заинтересованы в том, чтобы солнечные батареи работали эффективнее, а стоили подешевле.

Впрочем, понятия эти взаимосвязаны и внушительная стоимость наиболее популярных образцов этой электрогенерируюшей техники во многом объясняется не столько дороговизной составляющих, сколько низким коэффициентом полезного действия существующих изделий.

До последнего времени считалось, что максимальным теоретически достижимым уровнем КПД солнечных батарей является значение в 31%. При этом лучшие из реально существующих силиконовых энергопреобразующих блоков способны превращать в электричество до 25% cолнечного света и увеличение этого показателя на оставшиеся до предельного теоретического потолка 6% потребовало бы значительной доработки изделий, что привело бы не только к увеличению их массо-габаритных характеристик, но и стоимости — до уровня полного дисбаланса соотношения «цена — эффективность».

Все дело в так называемых «горячих» электронах, составляющих существенную часть потока естественного солнечного света. Они обладают повышенной кинетической энергией, которую при «торможении» на поверхности фотоэлементов теряют менее, чем за пикосекунду — слишком быстро для преобразования этого потенциала в энергию электрическую. Результатом становятся не только потери в КПД солнечной батареи, но и дополнительные неудобства (чрезмерное нагревание, опасность тепловых деформаций и т.п.

Можно ли этого избежать? Этот вопрос занимал специалистов с самого начала массового применения электрогенерирующих фотоэлементов, но только несколько лет назад ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в США, предположили, что делу может помочь нанесение на принимающие световой поток поверхности особых квантовых точек, размером всего в несколько нано-частиц, выполненных из специального полупроводникового материала.

Энергетические уровни, создаваемые подобными точками, расположенными достаточной плотностью, делают процесс торможения «горячих» электронов более постепенным, сокращая, таким образом, тепловые потери.

Практическую реализацию эта бизнес-идея получила только в начале июня текущего года — буквально на днях журнал New Scientist сообщил о том, что специалистам из Техасского университета удалось добиться того, чтобы бесполезные (в недавнем прошлом) «горячие» электроны проходили сквозь «сито» из квантовых нано-точек, практически не теряя своей энергии на паразитное нагревание.

Для этого исследователи покрыли поверхность солнечных батарей полупроводниковым материалом с использованием диоксида титанa, и «рассыпали» по нему селенидовые квантовые точки. В результате достигнутых таких образом изменений оптических свойств поверхности фотоэлементов, основные потоки электронов начали проникать внутрь именно через нано-точки, а параметры покрытия были подобраны таким образом, чтобы создать дополнительное притяжение именно для «горячих» электронов.

Таким образом удалось сделать лишь первые шаги по преобразованию их кинетической энергии в электрическую, минуя тепловые потери, однако ученые отмечают, что с учетом рационального использования «горячих» электронов, теоретический потолок коэффициента полезного солнечных батарей повышается до 66% – то есть более чем в два раза по сравнению с существующим до последнего времени на бумаге и почти в два с половиной — по сравнению с практически достигнутым! К тому же покрытие с наноточками обойдется производителю дешевле традиционных «чистых» полупропроводниковых пластин.

Так что при соответствующем уровне инвестиций и должной доработке проекта, новые батареи, изготовленные по указанной технологии, станут не только более эффективными, но и значительно более дешевыми. Это, в свою очередь, сделает их более доступными для самого широкого круга потребителей, а значит — позволит бизнесу активизировать их массовое производство и… неплохо на этом заработать.