Пластмассовые солнечные батареи - легкие, гибкие, и, самое важное, дешевые в изготовлении. Но пока, эти устройства были не слишком эффективными, чтобы конкурировать с кремниевыми солнечными батареями в большинстве применений. Теперь исследователи из нескольких учреждений утверждают, что сделали полимерные солнечные батареи с рекордными полезными свойствами. Эти батареи все еще не достаточно хороши, чтобы конкурировать с кремнием, но КПД полимерных батарей увеличивается приблизительно на 1 процент в год. Если эта будет продолжаться, говорят исследователи, то пластмассовые солнечные батареи будут конкурировать с кремниевыми уже через несколько лет.
На этой неделе, в онлайновом выпуске Nature Photonics, исследователи сообщили о солнечных полимерных батареях с КПД преобразования солнечного света в электричество приблизительно 6.1 %, таким образом, они медленно приближаются к 10 %КПД, которые являются поворотной точкой на рынке. (Обычные кремниевые батареи приблизительно на 15 % эффективнее.) "Новое число КПД "показывает, что мы находимся в близко к успеху," говорит Алан Хиджер, профессор физики в Университете Калифорнии, Санта-Барбары, ведущий исследование. Хиджер разделил Нобелевскую премию по Химии в 2000, внеся значительный вклад в изучение первых полимеров, а также он соучредитель и главный ученый в Конарке, компании занимающиеся пластмассовыми солнечными батареями, находящейся в Лоуэлле.
Результаты Калифорнийских исследователей сравнивают очень благоприятно с предыдущими изданными описаниями полимерных солнечных батарей, КПД которых составлял приблизительно 5 %. Конарка говорит, что батареи компании, которые используют различные материалы, чем батареи, сделанные в университетской лаборатории Хиджера, были недавно оценены приблизительно в 6.4 %. И конкурент в Сан Матео, Калифорнии, по имени Энергия Solarmer сделал пластмассовые батареи с подобным КПД, согласно присоединенному исследователю.
Пластмассовые солнечные батареи, независимо от того, как хорошо разработаны, диктовали пределы свойственные полимерам, которые составляют их активный слой. Полимеры, пока могут только поглотить относительно узкие полосы света. Возможно повысить их КПД, складывая пленки полимеров, разработанных, чтобы подобрать различные полосы света; группа Хиджера, фактически, имела небольшой успех в этом в прошлом. Но этот подход имеет большое неудобство. "Этот подход пагубный, потому что Вы увеличиваете расходы на изготовление батарей," говорит Лапинг Ю, профессор органической химии в Университете Чикаго, который также работает над солнечными батареями.
Один из способов улучшать работу этих батарей , удостовериться, что каждый отдельный фотон, который действительно поглощен полимером, преобразован в электрон, который может быть использован. Группа Хиджера повысила полный КПД ее батарей, улучшая эту внутреннюю эффективность. То, как хорошо электроны могут переместиться в пределах этих пленок, зависит от качества взаимодействия между двумя компонентами, которые составляют подложки: в Калифорнийском университете в батареях, использовали проводящий полимер, и модификацию углерода, названной фуллереном. Группа Хиджера проверила пленки, сделанные из различных отношений этих двух компонентов, так же как различных растворителей для того, чтобы обработать их.
Результат - батарея с превосходной внутренней эффективностью. "Весь свет, который был поглощен, был преобразован в энергию," говорит Зэнан Бао, адъюнкт - профессор химической технологии в Стэнфордском Университете, который не был участвовал в исследование. "Эта группа сделала очень хорошую разработку батарей."
"Я взволнован.Мы сильно продвинулись," говорит Янг Янг, профессор науки материалов в Университете Калифорнии, Лос-Анджелеса. Хиджер соглашается: "размер рынка зависит от стоимости в долларах ватта, таким образом каждое увеличение КПД важно."
В то время как Ян, Bao, и Хиджер говорят, что достижения группы Хиджера - важная демонстрация потенциала полимерных солнечных батарей.Они признают, что существующие материалы не будут теми, которые двинут промышленность вперед. "Десять процентов КПД были бы крупным достижением," говорит Хиджер. "Мы стремимся к успеху, синтезируя новые материалы, которые отвечают на большее количество спектра энергии."
"Органические материалы все еще ограничиваются видимым светом," говорит Янг, но большая часть энергии солнца находится в соседней части спектра - инфракрасного - таким образом ученые полимера воздействуют на материалы солнечной батареи, которые могут также поглотить эту полосу. Университет Ю Чикаго, который сотрудничает с Energy Solarmer, говорит, что компания использовала его полимеры, которые поглощают свет более короткой длины волны, чтобы сделать батареи, которые должны достигнуть более чем 7 % КПД, но он не может раскрыть детали, потому что результаты еще не были изданы.
|
