В Гамбурге с успехом завершилась 24-я Европейская конференция по проблемам фотоэлектрического преобразования солнечной энергии. В ней приняли участие свыше 4 тысяч специалистов - ученых и исследователей, инженеров, технологов и производителей, - а сопровождавшую ее выставку инновационных проектов посетили более 40 тысяч человек.

К наиболее интересным направлениям исследований в области солнечной энергетики относится, конечно, разработка более эффективных солнечных коллекторов следующего поколения. Коллекторы самого первого поколения изготовлялись на основе монокристаллов высокочистого кремния вроде тех, что используются для производства компьютерных микропроцессоров. Такие коллекторы обладали высокими эксплуатационными характеристиками, но обходились непомерно дорого.

Коллекторы второго поколения изготовлялись множества тонких слоев кремния более низкого качества. Такие коллекторы были относительно дешевыми, но значительно уступали предшественникам в том, что касается эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую. Теперь инженеры разных стран мира работают над созданием коллекторов третьего поколения, которые соединили бы достоинства изделий первых двух поколений.

Сэндвич из нанокремния

Один из таких инженеров - австралиец Мартин Грин (Martin Green) из университета Сиднея: "Мы пытаемся разработать солнечные коллекторы нового поколения, которые были бы ничуть не дороже нынешних тонкослойных элементов, но значительно эффективнее, то есть обладали бы гораздо более высоким коэффициентом полезного действия", - поясняет он. Чтобы достичь этой цели, Мартин Грин делает ставку на новую форму кремния - нанокремний.

Речь идет о мельчайших частицах диаметром всего в несколько нанометров. Австралийский инженер именует их "квантовыми точками": "Мы обнаружили, что крошечные крупицы кремния, насчитывающие от силы несколько сотен атомов, реагируют на солнечный свет совсем не так, как кремний в макроколичествах. В частности, они способны преобразовывать в электричество и ультрафиолетовую часть излучения, в то время как обычный кремний использует преимущественно инфракрасный участок солнечного спектра".

Это обстоятельство и навело Мартина Грина на идею двухслойной конструкции по принципу сэндвича. Такая конструкция позволяет использовать солнечный свет как бы дважды. При этом наружный слой, содержащий более мелкие частицы кремния, преобразует в электроэнергию высокочастотные, то есть синюю, фиолетовую и ультрафиолетовую части солнечного спектра, а внутренний слой с более крупными частицами кремния - низкочастотные, то есть оранжевую, красную и инфракрасную части спектра.

"Некоторое время назад мы доказали, что квантовые точки в принципе способны преобразовывать световую энергию в электрическую, - поясняет Мартин Грин. - Теперь же мы изготовили первый прототип такого изделия, и он функционирует именно так, как мы и рассчитывали. Пока, правда, коэффициент полезного действия этого прототипа слишком мал - меньше 10 процентов. Но мы рассчитываем выйти на показатель в 15, а возможно даже, и в 20 процентов".

Сэндвич из галлия и индия

Впрочем, понятно, что прежде, чем такие коллекторы на основе нанокремния появятся на крышах домов, пройдет еще лет десять. Но сам принцип сэндвича, похоже, весьма перспективен. На него делает ставку и Андреас Бетт (Andreas Bett), сотрудник Института солнечных энергосистем имени Фраунгофера во Фрайбурге. "Наш сэндвич состоит из трех слоев, - поясняет разработчик, - Верхний слой наиболее эффективно использует синий свет, средний слой - красный, а нижний слой - инфракрасный".

Правда, экспериментальное изделие Андреаса Бетта состоит не из кремния, а из гораздо более дорогих материалов на основе соединений галлия и индия. Кроме того, в этой конструкции солнечные лучи, прежде чем упасть на светочувствительное покрытие, фокусируются свпециальными линзами так, что интенсивность света возрастает в 500-1000 раз. "В результате мы получили коэффициент полезного действия в 41,1 процента, - говорит Андреас Бетт. - Это - абсолютный мировой рекорд в том, что касается эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, причем вне зависимости от способа преобразования".

Правда, уже в ближайшие дни и этот рекорд, похоже, будет побит: фирма Spectrolab, дочерняя компания концерна Boeing, объявила о создании коллектора с КПД в 41,6 процента. "Но это тоже не предел, - считает Андреас Бетт, - просто до сих пор мы использовали только три слоя разных материалов, а их может быть и четыре, и пять, и шесть. Таким путем мы сможем довести КПД до 50 процентов".

Звучит многообещающе. Одна беда - рядовым владельцам частных домов, планирующим установить на крыше солнечный коллектор, подобные высокотехнологичные изделия еще долго будут не по карману.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева