Новые солнечные элементы станут революцией в энергетике

Даже специалисты поражены, сколь фантастическими темпами в мире растет солнечная энергетика. Эксперты с уверенностью дают прогноз: к 2050 году ее доля в мировом энергопотреблении составит не менее 27 процентов и обойдет все остальные виды топлива. Сегодня в эту область вкладывается около 100 миллиардов долларов в год. Лидеры здесь Европа, Китай и США. Правда, с одной оговоркой: пока солнечная энергетика нуждается в подпорке государства.

Ей предоставляются льготные условия для интенсивного развития. Впрочем, высокая цена по сравнению с традиционными источниками энергии - не единственный минус солнечного ватта. Батареи делаются из кремния, а его получение считается экологически грязным и требует много энергии. К тому же такими батареями неудобно пользоваться: они жесткие, тяжелые и хрупкие, для установки нужны специальные прибамбасы.

В общем, возни много. Совсем другое дело - батарея гибкая. Ее можно раскатать как рулон на любой изогнутой поверхности. Что сразу расширяет сферы применения. Скажем, крыши электромобилей, а в архитектуре это практически любые поверхности и т.д. Но главное преимущество пластика даже не в этом. Фактически солнечные элементы из полимеров можно печатать на 3D-принтерах, сотни метров за несколько часов. И цена пластиковой батареи при массовом производстве будет в 4-6 раз ниже, чем из кремния.

Почему же при столь очевидных плюсах пластиковые батареи пока не вытеснили кремний? Дело в том, что наряду с очевидными плюсами у полимерных батарей есть два главных минуса. Их кпд в три раза ниже, чем у кремния. Примерно 6 процентов против 15. Кроме того, полимерные элементы нестабильны, максимальный срок работы 20 лет, а кремний может стоять вечно.

Гибкие солнечные элементы можно печатать на 3D-принтерах, раскатать как рулон на любой изогнутой поверхности

Проблема в том, что эти два минуса по-своему коварны. Устраняя один, вы усугубляете другой. Скажем, при увеличении кпд полимерного элемента до 11 процентов срок его службы падает в разы. А у долгоиграющего пластика предельный кпд 6 процентов. Словом, заколдованный круг, который пытаются разорвать ведущие лаборатории мира. Первым это удалось ученым Института проблем химической физики РАН. Они сумели увеличить кпд батареи, сохраняя ее стабильность элемента. Как?

- Мы пошли путем, который считался в принципе невозможным, во всяком случае, об этом в ведущих журналах написаны десятки статей, - сказал корреспонденту "РГ" сотрудник института Александр Аккуратов. - Тут надо пояснить, что каждый полимер состоит, как правило, из каких-то одинаковых повторяющихся звеньев, условно говоря, ААА или БББ. Когда мы стали подбирать полимеры для солнечных батарей, то оказалось, что одни звенья обеспечивают лишь определенный набор хороших характеристик, но другие параметры остаются низкими. Если же берем полимеры с другими звеньями, то там в "плюсе" какие-то иные параметры, но тогда в "минусе" оказываются именно те, которые были основными достоинствами у первого полимера.

Следующий шаг поисков очевиден. Надо соединить полимеры, создать гибриды в надежде, что в них проявятся лучшие качества каждого из слагаемых. Подобное делают и конкуренты в зарубежных лабораториях, создавая из звеньев строго регулярные структуры. Но особых успехов добиться не удалось. После многократных экспериментов, попыток найти тот самый единственный и неповторимый полимер российские ученые пошли против общепринятых канонов.

- Мы не стали добиваться регулярной структуры, а хаотически смешали звенья двух полимеров, каждый из которых имел ряд хороших параметров для батареи, - говорит Аккуратов. - Нас убеждали, что это безнадежный вариант, просто потеря времени, а теперь разводят руками, надо же, получилось. Гибрид из "хаоса" взял все лучшее от каждого из половинок. У него длительный срок службы, а главное, он ловит больше света по сравнению со всеми другими полимерными батареями. А значит, есть очевидная перспектива поднять кпд до 11 процентов.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Оно выполнено совместно с учеными из Института солнечной энергетики Фраунгофера (Германия), Центра прикладных исследований в области энергетики Баварии и Университета имени Бен-Гуриона (Израиль).