четверг, 9 февраля 2012 г.

Гибридные солнечные батареи показывают запредельную эффективность

Гибридные солнечные батареи показывают запредельную эффективностьРазработанные в Кембриджском университете (Великобритания) новые фотоэлектрические ячейки способны поднять квантовую эффективность солнечных батарей на совершенно новый уровень. Как утверждают учёные из группы сэра Ричарда Френда и Нила Гринхама, внутренняя квантовая эффективность их гибридных батарей достигает немыслимой величины в 50%.

Если вы ещё не прониклись величием момента («А где же другая половина?»), поспешим заметить, что, согласно физике солнечных батарей на основе кремния (уточнение задаёт ширину p-n зоны перехода в полупроводнике), существует предельное значение максимальной квантовой эффективности, равное 33,7% (Shockley-Queisser limit). Вы вправе ответить на это, что значение справедливо только для одной p-n зоны, и если слоёв в батарее бесконечно много, то показатель устремится к 86%. Это так, но в реальном мире всё конечно, и обиднее всего то, что на пути прогресса всегда стоит его цена. Оттого производители, которых больше всего интересует ценник на товаре, не увеличивают количество слоёв, а уменьшают. А проблему эффективности приходится решать какими-то иными способами, и в результате рекордные цифры квантовой эффективности не превышают 25%, и это считается безусловной победой и позволяет с оптимизмом смотреть в будущее ревнителям «зелёной» энергии.

Выдающимся учёным, сотрудникам физического факультета Кембриджского университета Нилу Гринхаму и сэру Ричарду Френду не привыкать жить и работать под девизом «Think different». Используя накопленный багаж знаний в оптоэлектронике, наноматериалах и органических проводниках, им удалось разработать новый гибридный тип солнечных батарей.

Традиционные батареи способны абсорбировать только часть солнечного света, а бóльшая часть световой энергии (особенно высокоэнергетичные фотоны синего спектра) теряется в виде тепла. Именно неспособность традиционных солнечных батарей абсорбировать фотоны с любой длиной волны в диапазоне от ближнего УФ до ближнего ИК и есть одна из причин существования предела Шотки — Квизера в 34% от всей доступной нам энергии светила.

Гибридные батареи умеют не только успешно абсорбировать красный свет, используя слои из наночастиц сульфида свинца (PbS), но и получать от фотонов видимого спектра (включая синие) больше энергии, резко увеличивая поток выходного электричества. Обычно солнечная батарея производит один электрон на каждый полезно абсорбированный фотон. Но в гибридных решениях, благодаря использованию пентацена (органический полупроводник, который абсорбирует видимый свет, включая синюю область спектра, а потому сам он очень черный) и особенностям интерфейса между неорганическим материалом PbS и органическим пентаценом, происходит генерация сразу двух электронов на каждый поглощённый фотон высокой энергии (видимый спектр, включая синюю область).

Таким образом, гибридный материал позволяет получать примерно в два раза больше электричества от видимого света, включая синий, и одновременно конвертировать фотоны даже с самой низкой энергией (ИК). Всё вместе это даёт возможность подтянуться к беспрецедентному уровню внутренней квантовой эффективности в 50% от всей доступной солнечной энергии.

Результаты работы во всех подробностях представлены во вчерашнем номере журнала Nature Letters.

И два слова о недостатках предложенного решения, на которые авторы, понятно, пока внимания не обращают. Во-первых (и во-вторых и так далее), это пентацен, то есть яркий представитель полициклических ароматических углеводородов. А раз так, то это очень сильный канцероген, мутаген и тератоген одновременно. Крупнотоннажное производство (можно и из нефти выделять, но там на всех не хватит) включает несколько стадий, на каждой из которых исходные вещества, продукты реакции и побочные продукты — канцерогены, мутагены и тератогены, один круче другого. А понадобится пентацена много. Где и кто это будет производить? И синтез начинать тоже с чего-то надо... Наиболее простой и доступный начинается с производного бензола (тоже канцероген, да ещё и летучий), но самое главное в том, что основной источник бензола — это сырая нефть. Нас пугают: нефть кончится, и тогда солнечная энергетика (наравне с другими альтернативами) будет вашим спасением. Может быть, но только не такая, которая завязана на использование ароматической органики. А значит, независимый от нефти кремний, хоть и выглядит сегодня гадким утёнком в сравнении с органическим/неорганическим гибридом, завтра станет незаменимым именно из-за своей независимости от нефти. Наконец, сам пентацен очень склонен к окислению кислородом воздуха в условиях УФ-облучения (окисление синглетным кислородом сопряжённых систем). А где, как не в солнечной батарее, встретятся вместе пентацен, кислород и УФ солнечного света! Значит, долговечность гибридной батареи на основе пентацена вызывает очень большие сомнения, как ее ни защищай...

Подготовлено по материалам Кембриджского университета.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Pentax представляет всепогодные фотокамеры Optio WG-2
Компания Pentax анонсировала сегодня компактный фотоаппарат Optio WG-2 повышенной прочности, предназначенный для спортсменов и любителей активного отдыха. Производитель заявляет, что новинка не боится падений с высоты до полутора метров и может работать под водой на глубине до 12 метров. Осуществлять съёмку можно при температуре до минус 10 градусов Цельсия. Фотоаппарат наделён 1/2,3-дюймовой ...
  (читать дальше)

Озеро Восток могут населять любящие кислород "инопланетяне"
В толще воды антарктического подледного озера Восток могут обитать только абсолютно новые, не известные современной науке живые организмы, которые способны существовать при сверхвысокой концентрации кислорода в воде, сказал РИА Новости Сергей Булат, заведующий группой криоастробиологии Лаборатории генетики эукариот Петербургского Института ядерной физики (ПИЯФ). "Науке неизвестна группа "кислоро...
  (читать дальше)

Ответственность за интернет-пиратсво в России хотят возложить на провайдеров и сайты
«Портал российского частного права» обнародовал проект федерального закона «О внесении изменений в части первую, вторую, третью и четвертую Гражданского кодекса Российской Федерации, а также в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Документ, подготовленный рабочей группой во главе с министром юстиции Александром Коноваловым, в числе прочего предусматривает введение новых норм регу...
  (читать дальше)

У филиппинского долгопята открылись способности к ультразвуковому общению
Филиппинский долгопят пополнил собой список млекопитающих, которые общаются ультразвуком. Более того, это единственный среди приматов, могущий использовать ультразвук в чистом виде; остальные разбавляют ультразвуковыми волнами «обычные» звуковые сигналы, которые может различить человеческое ухо. Зоологи из Университета им. Гумбольдта (Калифорния, США) обратили внимание на то, что долгопяты часто...
  (читать дальше)

Северная Америка и Азия станут единым целым через 500 млн лет - ученые
Американские геологи предложили новую модель слияния Северной Америки и Азии в единый суперконтинент Амазия в отдаленном будущем - по расчетам исследователей, части света станут единым целым в районе Северного полюса Земли примерно через полмиллиарда лет, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature. В истории нашей планеты уже существовало два суперконтинента - Пангея и Родиния. Первый е...
  (читать дальше)

Опытные самцы певчих птиц «не уважают» молодых конкурентов
Матёрые белоголовые овсянки не принимают всерьёз молодняк: юная поросль не слишком привлекательна для самок, поэтому её песни можно игнорировать, даже при нарушении границ территории. Певчие птицы исполняют серенады не ради праздного удовольствия. Для сотен соловьёв, щеглов, жаворонков, канареек и других видов песня служит пограничным столбом, маркером территории, способом привлечения брачного п...
  (читать дальше)

Почему все мужчины — козлы, или Откуда берутся социальные стереотипы
Чтобы превратиться в исчадие ада, мужчине вовсе не обязательно грабить и убивать. Достаточно побыть в непосредственной близости от какого-нибудь агрессивного и тяжёлого человека, чтобы наш мозг с готовностью перенёс чужие эмоции на ни в чём не повинного. Мы живём, погружённые по уши в социальные предрассудки. Все кавказцы — бандиты (североамериканский вариант: все негры — гангстеры), все арабы —...
  (читать дальше)

Не называйте латимерий живыми ископаемыми
Натуралисты знают о латимерии с 1839 года, когда её впервые описал Луи Агасси — в ископаемом состоянии. С тех пор палеонтологи нашли десятки различных видов латимерий, однако все они были в горных породах старше 70 млн лет. Ни одной более молодой находки! Но внезапно в 1939 году у африканских берегов отыскалась живая латимерия — как будто прямиком из мезозоя! Пресса возвестила о рыбе как о живом и...
  (читать дальше)

Солнечные батареи на арсениде галлия бьют рекорды эффективности
Прошлым летом американская компания Alta Devices анонсировала индивидуальные фотоэлектрические элементы, обладающие рекордной эффективностью (27,6% ) конверсии солнечной энергии в электричество. Теперь тот же производитель сообщил о рекорде для солнечной батареи «в сборе»: 23,5%. Достижение подтверждено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (подразделение Минэнерго США). Ес...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)