Опубликовано: 08-08-2023
Стэнфордский университет (США) отличился. Ну действительно, каких только экзотических вариантов солнечных батарей не предлагалось! Даже травяные были. Правда, с эффективностью у них никак (около 0,1%), зато почти даром. Как на этом фоне выделиться, что придумать? Конечно, можно попробовать создать сверхэффективную батарею и приблизиться к заветным 33%, но это чертовски трудно, наверное, даже почти невозможно. Такую работу может позволить себе убелённый сединами профессор, который не боится потерять место в университете, а молодому доценту нужны гранты, публикации, а главное — чтобы побыстрее, пооригинальное. Но как быть, если всё уже было?! И они придумали. Углеродная солнечная батарея. Звучит? А то! Вместо дорогого кремния — дешёвый (а на поверку — ещё какой дорогой) углерод. Впрочем, постойте… это тоже было. Но не такова Чжэньань Бао (Zhenan Bao), чтобы останавливаться: почему бы не удивить мир первой в мире солнечной батареей, полностью состоящей из различных аллотропных модификаций углерода? То есть совершенно полностью — начиная с электродов (вместо серебра и индий-оловянного оксида) и заканчивая рабочим слоем. Опус, посвящённый результатам этой кипучей деятельности, опубликован в журнале ACS Nano. Давайте по порядку. Рабочий слой, отвечающий за поглощение и конверсию света, представляет собой смесь углеродных нанотрубок и фуллеренов C60 (идея полностью заимствована у учёных Массачусетского технологического института, см. здесь). Идея, конечно, красивая, ведь 40% солнечной энергии доходит до нас в виде ИК, а углеродные нанотрубки, в отличие от кремния, способны эффективно поглощать инфракрасное излучение. И всё бы хорошо, да одним только поглощением света создание эффективной солнечной батареи, производящей электрический ток, не ограничивается. Кремний — полупроводник, основа принципа, на котором работает полупроводниковая солнечная батарея, а использованный в данной работе завёрнутый в рулон графен, он же углеродная нанотрубка, — анизотропный проводник, напрочь лишённый запрещённой зоны. На этом разговор о создании углеродной солнечной батареи можно было бы и закончить. Но мы всё-таки добавим, ведь на этом трудности с фуллеренами и нанотрубками не заканчиваются. Эти материалы прозрачны в видимом и ближнем УФ-диапазоне, то есть почти 60% остальной солнечной энергии можно смело вычеркнуть из рассмотрения. В качестве электродов вместо дорогого индий-оловянного оксида (ITO) и не менее дорогого серебра г-жа Бао предлагает использовать пока ещё практически недоступный в промышленных масштабах и больших площадях графен и углеродные нанотрубки. Разработчики отмечают следующие, на их взгляд, важные достоинства детища: батарею можно нагреть до 600 ˚С, и ей ничего не будет, то есть можно без боязни использовать зеркала, фокусирующие световой поток (а мы добавим: только специальные зеркала и только ИК-поток, весь остальной свет будет всё равно потерян впустую). А главное, благодаря особенностям углеродных материалов «полностью углеродные батареи» можно сделать очень тонкими и гибкими, что даёт возможность покрыть такой батареей… весь дом или кузов автомобиля. И вот кульминация: эффективность «полностью углеродной батареи» г-жи Бао не имеет и 1% КПД (точнее, равна 0,46%). Чтобы оценить всю глубину «успеха», с удовольствием сообщим такой факт: дабы обеспечить энергией всего один светодиод, необходимо весь дом обклеить солнечными элементами, эффективность которых находится на уровне 1-2%.