Органические солнечные батареи
На чтение 4 мин. Просмотров 649 Опубликовано
В XXI веке человечество столкнулось с проблемой истощения органических источников топлива. В будущем ресурс таких ископаемых как нефть, уголь, газ будет исчерпан, поэтому актуален вопрос получения энергии из альтернативных источников.
В перспективе из всех доступных источников одним из самых емких будет энергия Солнца, поступающая на поверхность Земли в огромном количестве, во много раз превышающим глобальные потребности человечества. Для ее поглощения используют солнечные батареи, установленные на крышах зданий.
Солнечная батарея состоит из фотоэлементов, соединенных последовательно и параллельно, таким образом, они является основой конструкции. Фотоэлементы обычно оценивают по трем основным параметрам: эффективность или КПД, срок службы и стоимость. Баланс этих показателей определяет место на рынке.
На данный момент мы находимся в ситуации доминирования кремниевой фотовольтаики (солнечные батареи с фотоэлементами из кристаллического или аморфного кремния). В связи с этим в настоящее время солнечную энергию преобразовывают с помощью неорганических солнечных батарей, в основном кремниевых . Их эффективность порядка 15%, срок службы около 30 лет. Однако стоимость кремниевых солнечных батарей определяется высокой себестоимостью их производства, монтажа и обслуживания. Это приводит к тому, что большинство людей не могут позволить себе разместить их у себя на крыше.
Более того, стоимость электроэнергии, получаемой при помощи таких батарей, на сегодняшний день не очень конкурентоспособна. Это связано, прежде всего, со стоимостью технологий обработки и получения кремния. Поэтому нужны новые типы солнечных батарей, которые были бы дешевле и позволили бы использовать ресурс энергии солнца в большем масштабе, чем сейчас.
Поэтому взгляд естественным образом упал на органические солнечные элементы – элементы, применяющие органические, проводящие полимеры для сбора энергии от Солнца. Полимеры стоят относительно недорого, а сами плёнки-фотоэлементы можно будет печатать на принтерах с приличной скоростью и за год покрывать большую площадь. Таким образом органическая фотовольтаика требует малых затрат и легко масштабируется.
Органические полупроводники являются перспективным элементом для создания солнечных батарей, поскольку их можно производить в виде больших пластиковых листов. Однако их недостатком всегда считался низкий коэффициент преобразования световой энергии в электрическую.
Когда полупроводящий материал поглощает фотоны, образуются экситоны – водородоподобные квазичастицы. Экситоны представляют собой электронное возбуждение в диэлектрике или полупроводнике, мигрирующее по кристаллу и не связанное с переносом электрического заряда и массы. Экситон может быть представлен в виде связанного состояния электрона проводимости и дырки, расположенных в одном узле кристаллической решетки. Экситоны создают фотонапряжение при ударе о границу или узел решетки. Если экситоны перемещаются только на дистанцию в 20 нм, лишь те, которые находятся близко к узлам, могут создавать напряжение, что и объясняет низкую эффективность современных органических солнечных элементов.
Частично скомпенсировать эти негативные факторы позволяет уменьшение толщины активного слоя до 50 нм, что снижает эффективность поглощения света, т.е. не дает возможность значительно повысить общую эффективность.
Одно из возможных решений, позволяющих увеличить поглощение света в сверхтонких активных слоях – применение металлических наночастиц. Из-за большого электромагнитного поля в непосредственной близости таких наночастиц увеличивается вероятность диссоциации экситонов на электрон и дырку проводимости. Кроме того, увеличивается доля поглощенных фотонов за счет рассеяния. Поскольку оптические свойства наночастиц в значительной степени зависят от их размера, существует возможность «настроить» максимум поглощения такой ячейки в различные области электромагнитного спектра.
Таким образом, можно выделить плюсы применения органических солнечных батарей:
– энергоэффективность, заключающаяся в энергосбережении и экономии затрат на оплату энергии;
– экологичность;
– стоимость;
– снижение вредных воздействий на здоровье людей, находящихся в зданиях с солнечными батареями;
– сохранение природных ресурсов за счет активного использования энергии Солнца.
В настоящее время многие исследователи работают над повышением следующих возможностей солнечных панелей: повышение их прочности, времени использования, и их эффективности.
Есть возможность построить органические солнечные элементы с прозрачностью, практически не отличающейся от прозрачности обычного стекла, и такими же эффективными, как непрозрачные пластиковые ячейки. Сделать это можно путем включения фотонного кристалла внутрь панели, что позволит увеличить количество инфракрасного и ультрафиолетового излучения поглощаемого панелью. Таким образом, панели могут быть использованы на искривленной поверхности и в тоже время являются почти прозрачными и также их цвет можно будет изменить путем изменения конфигурации фотонного кристалла.
Одно из наиболее обещающих направлений, включает использование улучшенных органических плазменных фотоэлектрических материалов. Эти устройства несравнимы с традиционными солнечными панелями в вопросе производства электричества, но они дешевле и, благодаря их жидкой форме, могут быть нанесены на самые разные поверхности.
Таким образом, использование солнечных батарей органического происхождения открывает возможность частичного или полного замещения невозобновляемых энергоносителей, которые будут обеспечивать питание самых различных систем здания, позволяет существенно сэкономить и снизить вредное воздействие на окружающую среду. Именно поэтому данная технология актуальна в строительстве.
В.Л. Малышева, С.С. Красимирова, Д.Н. Рожкова
Журнал «Вестник магистратуры» № 1(40) 2015
Источник
www.ekopower.ru
Органические солнечные панели установили новый рекорд
Китайские ученые создали тандемные органические фотоэлементы. Гибкие напечатанные органические солнечные элементы имеют огромный потенциал.
Китайские исследователи сделали важный шаг вперед для развития нового поколения солнечных элементов. Так называет тандемные органические фотоэлементы (ОФЭ или OPV) с рекордной эффективностью даст огромный потенциал для практического применения
Чаще всего для создания солнечных панелей используется кремний, так как он наиболее эффективен при преобразовании солнечного света в электричество. Но органические фотоэлементы, изготовленные из углерода и пластика, могут стать более дешевым способом производства электроэнергии.
Термин «органический» означает, что углеродсодержащие материалы находятся в их основе, а не кремний.
Органическая фотовольтаика (OPV) может быть изготовлена из соединений, которые растворяются в чернилах, поэтому их можно напечатать на тонких слоях пластика, что позволяет им гнуться в любую сторону.
Коммерческая солнечная фотовольтаика обычно дает не более 15-22% КПД, мировой рекорд кремниевой ячейки составляет 27,3% эффективности, и был достигнутой этим летом в Великобритании.
Органика давно добилась примерно половины этого показателя, но в апреле исследователи смогли достичь 15% КПД в условиях тестирования. Более новое исследование дало результат в 17%. А авторы исследования говорят, что эффективность можно увеличить до 25%.
Согласно оценкам, с 15%-ной эффективностью и 20-летним сроком службы, органические солнечные элементы могут производить электроэнергию стоимостью менее 7 центов за киловатт-час. В 2017 году средняя стоимость электроэнергии в США составляла 10,5 центов за киловатт-час, согласно данным Управления энергетической информации США.
Главным минусом органической фотовольтаики является то, что органические материалы имеют слабосвязанные молекулы, которые могут улавливать электроны и замедлять производство электроэнергии. Поэтому исследователи пытаются обойти этот недостаток, объединив различные слои материала в так называемых тандемах.
– Тандемная ячейка означает, что есть два устройства, соединенных в одной структуре. У нас есть два слоя активных материалов, каждый слой может поглощать разные длины волн света. Это означает, что вы можете использовать солнечный свет более широких волн или более эффективно, и это может привести к увеличению количества тока, – отметил один из авторов исследования доктор Йонгшенг Чен из Университета Нанкай в Китай.
Ученые сравнивают OPV с органическими светоизлучающими диодами или OLED. Эта технология в последние несколько лет широко используется в высококачественных телевизорах. При этом они для их создания используются аналогичные OPV материалы.
Гибкие напечатанные органические солнечные элементы предлагают широкий спектр возможностей. Они могут работать в помещении, их можно сделать полупрозрачными, чтобы наносить на окна и генерировать энергию днем.
Также они очень легкие и могут нанесены не только на крышу здания, но и на стены. Также их можно использовать на крышах автомобилей и в одежде. Например, встроить в очки или гаджет. опубликовано econet.ru
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet
econet.ru
Деградация солнечной батареи
Исследователи из Университета Канадзава провели детальное исследование молекулярных механизмов, в результате которых органические солнечные элементы получают повреждения при воздействии солнечного света.
Это исследование имеет важное значение для разработки солнечных элементов следующего поколения, которые сочетают в себе высокую эффективность, низкую стоимость и длительный срок службы устройства.
Деградация органических фотоэлектрических элементов
Солнечная энергия представляет собой важный элемент будущих решений в области возобновляемых источников энергии. Исторически, солнечные панели были неэффективными или слишком дорогими для большинства домовладельцев. Новый класс солнечных элементов, в котором используются слои из углеродных полимеров, обеспечивает эффективность до 10% – что считается минимальным для практического использования – по доступной цене.
Основным оставшимся препятствием на пути широкого внедрения этих новых фотоэлектрических устройств является короткий срок службы этих устройств, поскольку кумулятивный ущерб от солнца, как правило, снижает их эффективность. Из-за многослойной природы устройств часто трудно определить молекулярный механизм, с помощью которого это снижение эффективности происходит со временем.
Теперь, основываясь на результатах вольт-амперных кривых, импедансной спектроскопии и спектрофотометрии UV-VIS, исследовательская группа в Университете Канадзавы определила важный фактор, который может привести к снижению производительности. Исследователи обнаружили, что подобно тому, как ваши клетки кожи на основе углерода могут получить неприятный солнечный ожог от ультрафиолетового излучения солнца после дня на пляже, хрупкие органические молекулы в полупроводниковом слое могут быть повреждены в результате воздействия солнца.
«Мы обнаружили, что повреждение от ультрафиолета увеличивает электрическое сопротивление слоя органического полупроводника», – говорит Макото Каракава. Это привело к уменьшению тока и, следовательно, к общему снижению эффективности. Используя метод, известный как время прохождения лазерной десорбции / ионизации с помощью матрицы, исследователи определили вероятные продукты деградации от солнечного повреждения. Когда некоторые атомы серы в материалах замещаются атомами кислорода из атмосферы, молекулы перестают функционировать.
«Хотя новые органические полупроводниковые материалы позволили нам значительно повысить общую эффективность, мы обнаружили, что они имеют тенденцию быть более хрупкими по отношению к УФ-излучению», – объясняет Кохшин Такахаши. Исходя из этого понимания, можно разработать более надежные устройства, которые все еще сохраняют высокую скорость преобразования энергии, что является важным шагом к тому, чтобы сделать солнечную энергию основным ВИЭ. опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com
Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet
econet.ru
Сибирские ученые разрабатывают органические солнечные батареи
Сотрудники Института химической кинетики и горения имени Воеводского (ИХКГ СО РАН) занимаются разработкой солнечных батареек на основе органических полимеров. Предполагается, что они будут более легкими, пластичными и дешевыми, чем неорганические аналоги, а с помощью 3D-печати их можно будет интегрировать в носимую электронику.
Как сообщает издание Сибирского отделения РАН «Наука в Сибири», ученые синтезируют наиболее оптимальный органический полупроводник, наносят очищенный раствор полупроводника на подложку, а затем добавляют электрод. Готовую батарейку помещают под свет и изучают ее характеристики. Хотя опытные образцы уже получены, исследования пока что носят фундаментальный характер, а результаты далеки от уровня, необходимого для выхода на коммерческий рынок.
«Преимущества органической электроники — это, прежде всего, свойства новых устройств: они становятся легкими, пластичными, прозрачными, тонкими и при этом энергоэффективными. А самое главное — их легко сделать. Например, солнечные органические батарейки можно изготавливать при помощи 3D-принтера, они могут стать частью вашей одежды, головных уборов. [Для коммерциализации] необходимо увеличить КПД, то есть повысить эффективность органических батарей. Например, КПД неорганических на основе кремния составляет 20-23%. В нашем случае получены солнечные батарейки с КПД пока только 8%. К тому же, органические полимеры чувствительны к воздействию воздуха. Нужно синтезировать новые полупроводники, которые бы не окислялись», — рассказывает кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории химии и физики свободных радикалов ИХКГ СО РАН Денис Баранов.
«Главные враги солнечной батареи — это воздух и вода. К тому же, в органике всегда происходит деградация под действием света. С помощью применения разных молекулярных структур ее свойствами можно управлять. Нам важно понять, почему она разрушается, как и что нужно сделать, чтобы этого избежать», — поясняет кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории химии и физики свободных радикалов Михаил Уваров.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу [email protected].
3dtoday.ru
Органические солнечные батареи
Органическая наноэлектроника – очень быстро развивающаяся в настоящее время область. Она имеет дело с приборами, в которых полупроводник является органическим материалом, т.е. состоит в основном углерода, азота, водорода и кислорода. Использование органических материалов в солнечной энергетике позволить существенно снизить стоимость солнечных батарей. Основной материал солнечных батарей – кремний – достаточно дорогой материал. Использование органики позволит снизить их стоимость примерно в 4 раза. Стремительно растет КПД органических солнечных батарей. В 2007 году он достиг значения 6,5%.
На настоящий момент лучшие значения подвижности носителей заряда в органических материалах уже сопоставимы с подвижностями в a-Si. Принцип работы органической солнечной батареи показан на рис. 1, а наиболее эффективные донорные и акцепторные материалы в органических солнечных батареях с объемным гетеропереходом — на рис .2.
Рисунок 1. Принцип действия органической солнечной батареи
Рисунок 2. Наиболее эффективные донорные и акцепторные материалы в органических солнечных батареях с объемным гетеропереходом.
Солнечные элементы, созданные на базе органических красителей, позволяют достигнуть КПД – 9%. Принцип их работы заключается в поглощении фотонов недорогой тонкопленочной структурой, содержащей молекулы красителя, закрепленные в слое оксида титана, нанесенном на стеклянную или пластмассовую подложку. Поглощение фотона приводит к возбуждению молекулы красителя, из которой высвобождаются электроны. Затем они попадают в слой оксида титана, по которому передаются к отрицательному выводу элемента.
Было рассмотрено два варианта увеличения полезной площади элемента. В одном фоточувствительный слой наносили на поверхность наночастиц, в другом – на поверхность нанотрубок. Использование наночастиц увеличивает площадь, но затрудняет движение электронов. Нанотрубки лишены этого недостатка, но не так заметно увеличивают полезную площадь. Объединив эти две методики – смешав наночастицы и нанотрубки – можно достичь высокой эффективности фотоэлементов.
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
www.windsolardiy.com
Об органической фотовольтаике замолвите слово. Часть 2 / Habr
В первой части сего длительного повествования было показано, что побороть кристаллического кремниевого монстра фотовольтаики будет очень не просто, в особенности, органическими молекулами, но так ли это на самом деле? Что есть такого в третьем поколении солнечных элементов, чего нет у предыдущих двух?!
Конечно, сейчас сложно говорить о каких-то конкретных цифрах, потому что сам рынок ещё формируется: спрос и предложение не уравновешено, технологии только-только перебираются из лабораторий на экспериментальные заводские площадки. Однако, как мы увидели на примере кристаллического кремния, в такой период времени очень сложно говорить о будущем технологии (помните, что цена на поликристаллические солнечные элементы упала в 3 раза за 7 лет?!).
А по сему, я постараюсь описать в большей степени не экономику производства и эксплуатации DSSC или органических солнечных батарей (ведь опять начнутся разговоры про EROI), а то, какой потенциал в них заложен и какие технологии применяются, чтобы сделать цену конечных устройств настолько малой, насколько это вообще возможно.
3-е поколение: будущее уже здесь!
Пожалуй, начнём мы по традиции, с некоторого ретроспективного анализа эффективности солнечных элементов, подготовленного NREL – The National Renewable Energy Laboratory.
Ретроспективный анализ наилучших показатели эффективности солнечных элементов всех известных типов
На графике приведен целый класс “emerging PV”, т.е. те самая группа альтернативных методов, которые, как упоминалось в первой статье, могут выстрелить в любой момент. Но начнём по порядку.
Roll-to-Roll process или напечатай меня как газету
Пожалуй, одной из наиболее значимых характеристик третьего поколения солнечных элементов является то, что их можно печатать.
Стоит пояснить. Для двух предыдущих поколений солнечных элементов, чтобы получить работающую панель необходимо создать, так или иначе, p-n-переход (за пояснениями смело сюда), а это значит, что необходимо высоковакуумное оборудование, герметичность производственной линии и так далее по списку – всё как во взрослой жизни. При этом пластина едет по конвейеру от одного конца до другого, прирастая p-n-переходами и контактами. Есть ещё и проблема совмещения (или алаймента) масок, используемых для травления и создания 3D структуры (фактически, как в процессорах, только техпроцесс не нанометры, а микрометры и миллиметры). И как бы было хорошо всё это безобразие заменить на что-нибудь попроще…
О чудо, такой процесс уже используется десятилетиями для печати полиграфической продукции. С небольшими модификациями мы могли бы заменить чернила на какие-нибудь фотоактивные органические молекулы – полупроводники и проводники – а рисунок на барабане разбить на соответствующие отдельным фотоэлементам площадки. И, вуаля, штампуй – не хочу!
При этом можно существенно уменьшить как вес таких элементов, так и количество используемых материалов, ведь в кремниевой батарее кремний является и подложкой и активным компонентом, а сделать подложку бесконечно тонкой невозможно, она обязана обладать хоть каким-то минимальным набором механических характеристик.
Как же это работает на практике?! В том же KIT есть не так называемый «центр трансфера технологий», а совершенно настоящий и работающий, в котором осуществляются:
а) исследования, направленные на улучшение характеристик батарей, при этом существует прямая обратная связь с учёными и инженерами, разрабатывающими технологии;
б) участок прототипирования, который отрабатывает принципиальную масштабируемость технологии;
в) уже полупромышленный участок, где за пару минут можно сделать погонные метры и сотни метров солнечных элементов.
Структура трансфера технологий из лаборатории на производство. KIT и TU Darmstadt совместно с BASF, Merck
Заметьте, центр не просто при двух университетах, но в нём активно участвуют производители, которые, возможно, раньше или позже запустят эти разработки на своём производстве.
Публика, мне кажется, подустала чуть-чуть, поэтому видео работы упомянутой лаборатории в живую на YouTube:
И одной из наиболее значимых областей применения данного процесса является как раз органическая фотовольтаика.
Органическая фотовольтаика
Как бы ни смешно это прозвучало, но в мире органической химии царит своя атмосфера безудержного веселья. Например, среди органических молекул можно найти изоляторы, проводники, полупроводники и – даже страшно подумать – сверхпроводники. Некоторое время назад вообще считали, что органические материалы вытеснят всё, в том числе и бетон, и арматуру, и машины будут из карбона…но не сложилось…
Как мог бы выглядеть органически фотоэлемент?! И каковая может быть его толщина?
Например, если хотите, то толщиной в 1 микрометр (в 50 раз тоньше человеческого волоса!):
Устройство отдельного органического солнечного элемента и материалы, используемые для его создания
Обычно требуется, чтобы акцептор электронов (absorber) и молекулы донора (hole conductor) взаимно проникали друг в друга, формируя так называемый объёмный гетеропереход (bulk heterojunction). Так как реакция разделения электрон-дырочной пары происходит на поверхности, то за счёт взаимного проникновения двух фаз одна в другую и увеличивается эффективная площадь контакта (показано на картинке справа), а это в свою очередь соответствует максимальной эффективности такой батареи.
Подложка не обязательно должна быть стеклянной: и катод и анод могут быть выполнены по любой доступной технологи, в том числе и на основе проводящих полимеров, что позволяет в полной мере реализовать преимущества roll-to-roll process.
Да, к глубокому сожалению, должен констатировать, что эффективность у данных батарей не велика до 7-8%, но это всё из-за того, что представленные выше молекулярные мотивы не поглощают во всём диапазоне длин волн от УФ (ультрафиолетового, 300-400 нм) до ИК (инфракрасного 800-1000 нм).
С одной стороны это является проблемой, необходимо придумывать более хитрые схемы с двумя совмещёнными батареями, так называемые тандемные солнечные элементы (tandem solar batteries), либо просто сделать батарею полупрозрачной и наклеить на окно.
В случае с тандемными солнечными элементами мы просто имеем два последовательно подключённых солнечных элемента, которые поглощают в двух разных диапазонах, например, зелёном и красном. За счёт этого фактически удваивается эффективность, потому что больше фотонов превращается в ЭДС и ток. Однако главная проблема в данном случае – промежуточный слой, необходимый для комбинирования избыточных зарядов. Понятно, что если слой будет накапливать заряд, то из-за внутренних потерь это снизит эффективность.
Принцип работы тандемной солнечной батареи: два последовательно соединённых органических солнечных элемента
Пример спектра поглощения двух органических веществ, используемых при производстве тандемных солнечных элементов
На этом моменте можно было бы углубиться в материаловедение, но я этого не буду делать, просто хочу сказать несколько слов в защиту высокоэффективных батарей и процесса их разработки, что это не пустая трата бюджетных средств. Нельзя просто так взять, намазать пасту ровным слоем на подложку, потом второй слой, третий, наклеить контакты и сказать, что готово, приговаривая: «Ладно, и так сойдёт!» (с) И не будем показывать пальцем, где этим любят позаниматься. Но за каждым процентом эффективности стоят патенты, специальные добавки, меняющие упаковку молекул таким образом, чтобы добиться наилучшего проникновения одного компаунда в другой. Для того, чтобы описать такие процессы, почему вещество А помогает, а вещество Б нет, крайне необходима фундаментальная наука со всеми её недостатками, пороками и установками, стоимостью в миллионы и миллиарды долларов.
Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)
Солнечные батареи, сенсибилизированные или «активированные» красителем, известны миру достаточно давно. Однако лишь недавно, как уже упоминалось в предыдущей статье, они смогли успешно взять психологически важный барьер в 15% эффективности. На настоящее время это является абсолютным рекордом среди солнечных батарей данного класса. Принцип работы батарей детально представлен в указанной выше публикации, поэтому не будем на нём останавливаться.
Обычно для производства DSSC необходима стеклянная подложка с токопроводящим покрытием, как то ITO (оксид олова, допированный индием) или FTO (оксид олова, допированный фтором), что отъедает существенную часть расходов на производство. Однако стоит справедливо заметить, что данные батареи потенциально могут быть адаптированы к печати посредством процесса roll-to-roll, о котором говорилось выше.
И вновь хочется повториться, что область применения таких элементов питания не генерация МВт электроэнергии, а скорее эстетично-практичная, как и в случае с прозрачными органическими батареями – снижении общего энергопотребления, при сохранении высоких стандартов жизни. То есть наклеили батарею на окно, она вам за сутки АКБ зарядила, к примеру…
Пока готовилась данная статья, неожиданно пришло известие с пометкой срочно в номер!
Breaking News
Строящийся сейчас конференц-центр EPFL (SwissTech) оснастят стеклянным фасадом на основе DSSC. Прозрачные разноцветные панели солнечных элементов Гратцеля в данный момент устанавливаются на западной стороне SwissTech центра, открытие которого запланировано на апрель 2014 года. Солнечными батареями, общее число которых составляет 1 400 штук при размерах 35 на 50 см, оснастят более 300 м2 фасада здания. Сами элементы выполнены в пяти оттенках красного, зелёного и оранжевого цветов, что, по мнению архитекторов и дизайнеров, создаёт тёплый и в то же время живой внешний вид.
Стоит отметить, что проект такого рода – первый в мире. Солнечные элементы сконструированы таким образом, что не теряют эффективности при изменении угла падающего на них солнечного света, к тому же они не только позволяют вырабатывать электричество, но и защищать внутренние помещения от прямых солнечных лучей, что приведёт к снижению потребность в кондиционировании воздуха. Сообщается также, что не менее 11 фирм-производителей уже получили лицензию на производство солнечных батарей Гратцеля.
И на последок, чтобы не быть голословным, приведу несколько примеров компаний, которые работают в области альтернативных солнечных элементов:
Konarka. Компания просуществовала с 2001 по 2012 года и занималась как DSSC, так и органическими солнечными батареями на основе фуллеренов. За время своего существования компания создала 350 патентов в рассматриваемой области, привлекла более 150 млн. $ частных инвестиций и 20 млн. $ государственных грантов на разработку и организацию производства. Были разработаны солнечные элементы с гарантированным сроком службы 3 года при зарегистрированной эффективности в 8%. К сожалению, в середине 2012 года компания объявила о банкротстве.
Heliatek. Компания основана в 2006 году специализируется на органической фотовольтаике, но держится на плаву более успешно. В числе прочих достижений тандемные батареи с эффективностью 12% за счёт правильно подобранной геометрии:
Слайд с сайта компании Heliatek
И между прочим в ближайшие 4 года эффективность планируется увеличить до 16%:
Слайд с сайта компании Heliatek
Что же касается DSSC, то даже такие гиганты, как Sony и Samsung обращают своё внимание в сторону DSSC, при чём планируется, что массовый выпуск продукции позволит сократить до 1/3-1/5 стоимость модулей по сравнению с обычными кремниевыми батареями. В Соединённом Королевстве есть множество компаний, занимающихся данной тематикой (например), так что про умельцев из Поднебесной я вообще промолчу (например).
Вместо заключения
Вначале я хотел написать объёмное заключение, что «альтернативной» некремниевой фотовольтаике быть, что важны технологии, и как они связывают воедино разные области знаний, в конечном продукте, но…
Безусловно, я согласен с BarsMonster, что главная проблема сегодняшней альтернативной энергетики (любой!!!, попрошу заметить) – хранение произведённой электроэнергии и, главное, стоимость такого хранения. Или иными словами непоястоянство данного источника. Это не АЭС, которыми в Бельгии дороги освещают даже днём. Однако мне кажется, что мы не вполне верно рассматриваем структуру энергопотребления с нашей сложившейся уже точки зрения, вот где кроется основной порок всех холиваров на данную тему. Необходимо изменить своё сознание и посмотреть на проблему абстрагированным взглядом.
Но, как бы ни парадоксально и вычурно это звучало, мы живём в эпоху поистине великого перехода от века кремния, к веку углерода; и те тенденции, которые сейчас мы наблюдаем (графен, УНТ, органические светодиоды и органическая фотовольтаика) тому весомое доказательство. Пройдёт ещё совсем немного времени, и ни одно здание не будет спроектировано (по крайней мере, в ЕС, США, Японии) без солнечных панелей Гратцеля на окнах, способных ощутимо снизить и практически привести к нулю энергобаланс сооружений. Задняя панель iPhone или моей Xperia Z покроется 2 микронной органической батарей, которая будет подзаряжать телефон везде, где есть источник света, а электромобили вообще превратятся в одну большую передвигающуюся солнечную батарею. И я хотел бы оказаться в этом энергетическом раю, где энергия Солнца доступна всем и каждому…
А Вы?!
Иногда кратко, а иногда не очень о новостях науки и технологий можно почитать на моём Телеграм-канале — милости просим;)
habr.com
Органические солнечные батареи: структура, преимущества и особенности
Основа всех солнечных батарей – это полупроводниковые фотоэлементы. Чаще всего их изготавливают из кремния, так как с его помощью удается добиться максимальной эффективности при преобразовании солнечной энергии в электричество. Более дешевым аналогом кремниевых конструкций выступают органические солнечные батареи, или OPV. Об их особенностях, достоинствах и эффективности мы расскажем более подробно.
Органические солнечные батареи: особенности структуры
Структура органических солнечных батарей включает углеродсодержащие материалы. Фотовольтаика изготавливается из элементов, которые легко растворяются в чернилах, поэтому ее можно напечатать на тонких пластиковых листах, обладающих отличной гибкостью.
Толщина панели составляет приблизительно 1 мм, а самым востребованным органическим материалом для этих целей является сверхлегкий графен. Уникальные панели легко носить даже на одежде и аксессуарах.
Гибкие полупрозрачные конструкции можно установить на окнах, так как они не будут препятствовать попаданию света в комнату. Также модули можно смонтировать на крыше, стенах, в помещениях, на крышах автомобилей и крыльях самолета.
Преимущества органических солнечных батарей из графена:
- абсолютная безопасность для экологии и здоровья людей;
- доступная цена;
- полупрозрачность;
- легкость;
- высокая степень эластичности.
Можно купить органические солнечные батареи и взять их с собой в поход, просто свернув в рулон. Если установить гибкую конструкцию на палатку, то полученного тока хватит для зарядки гаджета или нескольких экономных LED-ламп. Легкость панелей из органики позволяет монтировать их на любых поверхностях, независимо от конфигурации.
Подробнее о правилах монтажа СЭС в нашем блоге Green Tech Trade.
Методы увеличения производительности органических солнечных батарей
Основной недостаток рулонных органических солнечных батарей – низкая производительность, поэтому ученые стараются найти решение этой проблемы. КПД лучших модулей из углеродсодержащих материалов составляет 15-20 %, тогда как показатели кремниевых панелей достигают 27 %.
Метод №1 – Тандемные ячейки
Низкая эффективность связана с тем, что молекулы органических материалов обладают слабыми связями, поэтому с трудом улавливают электроны и замедляют процесс выработки электроэнергии. Чтобы решить эту проблему, ученые решили объединить разные слои материала в тандемные ячейки.
Каждый слой поглощает разную длину волн, что позволяет применять солнечную энергию в более широком диапазоне. Китайский исследователь Йонг Шенг Чен утверждает, что тандемные ячейки позволят в самом ближайшем будущем значительно увеличить количество производимого тока.
Метод №2 – Бактерии с измененной ДНК
Другой путь выбрала группа канадских ученых, создав «биогенные» фотоэлементы, которые можно нанести на гибкую пластиковую панель. Для этого изобретатели использовали генетически измененные бактерии E.coli, до сих пор применявшиеся только для создания ликопина – помидорного красителя, который делает томаты более эффективными при улавливании света.
Инженеры-биохимики нанесли бактерии E.coli в комплексе с полупроводниковыми минералами на стеклянную подложку, благодаря чему удалось получить ток 0,686 мА. Сейчас команда изобретателей стремиться увеличить жизнедеятельность бактерий. Ученые отмечают, что солнечные батареи на органических красителях в ближайшем будущем смогут функционировать с такой же эффективностью, как и кремниевые модули.
Альтернатива солнечным батареям из органических материалов
Органические солнечные батареи – одно из наиболее перспективных направлений в солнечной энергетике. Но пока они по-прежнему отличаются низким КПД и небольшой прочностью. Этих недостатков лишены тонкопленочные монокристаллические панели на базе теллурида кадмия. Такие полугибкие гибридные батареи демонстрируют высокую эффективность, поскольку обладают очень высоким коэффициентом поглощения, и за счет этого способны улавливать фотоны даже из рассеянного или падающего под большими углами света. В Украине подобные уникальные модули реализует компания GreenTechTrade (официальный представитель американского гиганта First Solar). Детальней ознакомиться с ассортиментом продукции и перечнем услуг можно на официальном сайте.
greentechtrade.com.ua
