Енергія барви: нове покоління сонячних батарей
1 лютого 2008 р.
«Це плівка, наприклад, з оксиду цинку з жовтим, червоним і синім барвником. Є ще плівка з діоксиду титану з одним сполученням, що надає жовтий колір, а чистий діоксид титану має білий колір.»
Катрін Вессельс працює в Інституті фізики та електрохімії в університеті Ганновера. Її головна спеціалізація – електрохімічне осаджування кольорових шарів діоксиду титану. Зараз на лабораторному столі вченої – перші результати пошуку нових напівпровідників для сонячних батарей. На відміну від звичайних кремнієвих напівпровідників їхнє вироблення майже не потребує енергії, а отже менше шкодить довкіллю.
Вони мають ту ж ключову властивість: коли на них потрапляє сонячне світло, його енергія збуджує електрони в барвнику. Потік електронів передається напівпровідникові, в даному випадку – діоксиду титану, і так виникає електричний струм.
Титан і цинк
Цю технологію відкрили німецькі вчені на чолі з хіміком Гайнцом Ґерішером ще в 60-ті роки минулого століття. Сьогодні з нею працюють не тільки в Ганновері, а й у лабораторіях Великобританії, Австралії й передусім Японії. Ідеться про те, щоб надати барвникам якомога ширшу площу та дешевий напівпровідник. Вчені працюють з діоксидом титану та оксидом цинку – обидва матеріали відносно дешеві. Але як збільшити поверхню найбільш ефективно? Через мінімальні дірочки, не більше за кілька мільйонних міліметра, каже хімік Торстен Екерманн:
«Ми осаджуємо плівку напівпровідника і це в принципі новий метод. Оксид утворюється шляхом електрохімічної реакції на електроді. Ми додаємо туди певні речі й коли їх прибрати, залишається пориста плівка.»
Усе що потрібно для вироблення енергії, це барвник (жовтий, синій чи червоний) на надзвичайно тонкому й пористому шарі діоксиду титану навколо електрода. І звичайно, не обійтися без сонячного світла.
Справа затрат і результату
А який коефіцієнт корисної дії у нового метода? У кремнієвих напівпровідників він становить максимально 25-30 відсотків. А в його барвистих конкурентів? Торстен Екерманн:
«На мою думку, сонячні батареї з барвників матимуть коефіцієнт не більше 20 відсотків. Але вся справа у співвідношенні затрат і результату.»
Це – головна перевага нової технології. Для обробки кремнію при виробництві звичайних сонячних батарей, потрібна температура в майже 2000 градусів Цельсію. Для цього потрібні величезні затрати енергії. Про це часто забувають, коли розхвалюють сонячні батареї як альтернативу нафті й газу. Так, у процесі роботи кремнієві сонячні батареї не виділяють небезпечного для клімату двоокису вуглецю, але він виділяється при їх виробництві.
Натомість для виробництва сонячних батарей з барвником, як це роблять ганноверські вчені, достатньо 65 градусів за Цельсієм.
Експерименти тривають давно в різних куточках світу, але розроблений у Ганновері електрохімічний шлях вважається проривом у дослідженнях. Рентабельність новинки перевищує звичайні сонячні батареї в кілька разів. Уже через рік сонячні батареї з барвником повертають кошти, витрачені на їхнє вироблення. У звичайних батарей на це потрібно чотири роки.
Батареї на одязі
Сонячні батареї нового покоління можна придбати вже зараз. Катрін Вессельс розповідає про їхнє практичне застосування:
«Їх можна застосовувати, наприклад, у дорожніх знаках. Вони матимуть певні фарби, в залежності від того, який це знак. Упродовж дня такі знаки з сонячними батареями вироблятимуть струм, а вночі від них світитимуться електричні дисплеї знаків. Кожен своєю фарбою.»
Торстен Екерманн не сумнівається, що в нового покоління сонячних батарей велике майбутнє:
«Я думаю, що є дуже багато можливостей застосування. Уже тому, що вони різного кольору. Вони можуть бути, наприклад, частиною одягу.»
Між тим вчені пішли вже ще далі. Нові сонячні батареї не обов’язково повинні бути кольоровими. Фарби в ультрачервоному спектрі, які не сприймає людське око, теж виробляють електричний струм. Тому не виключено, що в майбутньому на будинках з’являться вікна зі спеціальним склом, що буде прозорим, як і звичайне, але вироблятиме струм як сонячна батарея.
За матеріалами кореспондентів