Прозрачные солнечные панели — новая попытка от китайских ученых
Солнечная энергетика — один из трендов современности. В некоторых регионах при помощи солнечной энергии можно полностью удовлетворять свои нужды в электричестве. Для того, чтобы сделать фотоэлементы более эффективными, многие ученые готовы тратить время и ресурсы, причем немалые. Кому-то это удается, но пространство для маневра все равно остается.
Некоторые исследователи пытаются найти свой путь в этой сфере — например, сделать солнечные панели прозрачными. Это позволит расширить спектр их использования — размещать панели не только на крыше, но, например, в оконных проемах. Другими словами, заменять стекла в окнах на фотоэлементы.
Сообщения о прозрачных солнечных панелях появляются с завидной регулярностью, но пока что большинство экспериментов так и остаются экспериментами. Возможно, проект китайских ученых что-то изменит.
Дело в том, что они создали действительно прозрачные солнечные панели, где основную роль играет редкоземельный металл иттербий. Этот химический элемент способен излучать два «инфракрасных фотона» при поглощении одного «голубого». «Инфракрасные фотоны» игнорируются любыми материалами, кроме кремния, который, как известно, используется в качестве основного рабочего элемента солнечных панелей. Этот металл поглощает инфракрасные фотоны, излучая электрон. Получается, что на каждый «голубой» фотон кремний реагирует выделением двух электронов.
Получается, что прозрачные панели на 160% эффективнее обычных фотоэлементов (не на 200%, поскольку всегда есть потери).
Прозрачные фотоэлементы представляют собой полимерное стекло с включением наночастиц. Последние поглощают ультрафиолетовый свет, пропуская излучение других спектров. Все это позволяет добиться полной прозрачности фотоэлементов.
Положительным моментом является еще и то, что когда иттербий выделяет инфракрасные фотоны, они уходят в пространство под углом, который позволяет кремнию поглотить их. Как результат — можно создать окно, стекло в котором генерирует инфракрасные фотоны, а рамка, включающая кремний, способна поглощать их, генерируя электричество.
Правда, в конечном итоге мы получаем, мягко говоря, не очень эффективные солнечные батареи. Да, световое излучение синего спектра позволяет генерировать инфракрасные фотоны с эффективностью в примерно 180%. Но, к сожалению, прозрачные солнечные батареи способны поглощать свет синего спектра с эффективность лишь в 3%. Проблема состоит в том, что далеко не все фотоны улавливаются рамкой.
Тем не менее, даже это может быть отличным результатом, если прозрачные фотоэлементы внедрять повсеместно. КПД солнечных панелей такого типа можно улучшать, а если представить себе большое здание с окнами из прозрачных фотоэлементов, то речь идет о генерации значительных объемов электричества.
Возможно, увеличить эффективность солнечных батарей можно, изменив состав «стекла», что позволит получать больше «голубых» фотонов. Кроме того, кремний не единственный материал, который может использоваться для создания фотоэлементов. Есть и более эффективные —, но они более дорогие (гораздо более дорогие).
Nanoletters, 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b03966
