Пять лет назад в космос был запущен «Аист-2». Космический аппарат с солнечными батареями на борту. Однако сделаны они были не из привычного для космической отрасли германия, а из кремния. За этот срок новинка отлично зарекомендовала себя и будет применяться не только в космосе, но и на Земле.
Испытан в космосе, подходит для Земли
С конца 50-х годов обязательным компонентом космических аппаратов стали солнечные батареи. С их помощью солнечная энергия трансформируется в электричество, необходимое для всех механизмов спутника. Сегодня солнечные батареи для таких целей создаются преимущественно на подложке из германия. Элемент этот токсичный и дорогой, и в нашей стране его вообще не добывают. По сведениям, которые предоставила американская геологическая служба, 9/10 германия сосредоточены в США и Китае. То есть до недавнего времени функциональность отечественных космических аппаратов зависела от наличия или отсутствия у нас германия.
Ученым из Самарского университета имени С.П. Королева удалось преодолеть эту зависимость и создать солнечные батареи на основе кремния. Они в 5 раз дешевле, но не менее эффективны. И испытания в космосе это подтвердили.
В основе новой технологии лежит использование кремниевых фотоэлектрических преобразователей. Их КПД может достигать 30% и больше. Таких показателей удалось достичь благодаря рельефному слою на поверхности батарей. Поскольку чем больше площадь поверхности, тем эффективнее происходит поглощение энергии света (фотонов). А для того, чтобы увеличить площадь поверхности, нужно из гладкой поверхности сделать рельефную.
Но это не единственное преимущество новых батарей. Они меньше германиевых по весу. А это очень существенно для их использования в космосе.
Материалы (кремний, углерод, карбид кремния), которые применяются в технологии, обладают малой токсичностью. А источников для их добычи – неограниченное количество.
«Наша технология гораздо проще и эффективнее зарубежных аналогов, и может применяться для производства ФЭП не только космических солнечных батарей. Мы используем современные достижения нанотехнологий и доступные недорогие материалы, и это уже дало неплохие результаты», — подчеркнула доцент кафедры радиофизики и полупроводниковой микро- и наноэлектроники СГАУ Наталья Латухина.
Летные испытания прошли успешно. А значит, технологию самарских ученых можно внедрять в массовое производство. И использоваться она может не только в космической отрасли. Кремниевые солнечные батареи можно устанавливать на беспилотные летательные аппараты, в электрические авто и аккумуляторы смартфонов.
А команда проекта SFERA создает более простой и доступный способ решить повседневные задачи с помощью одной иконки. Подробности на сайте и страницах в соцсетях.
«Весь секрет — в ионной жидкости и нанотрубках»
А ученые из Университета ИМТО увеличили эффективность прозрачных солнечных батарей. Создание последних сегодня является одной из наиболее сложных задач солнечной энергетики. И над повышением КПД этого источника энергии трудятся и зарубежные ученые.
Так, в Корее разработали прозрачные солнечные батареи из диоксида титана и оксида никеля. Подобную технологию использовали и американские ученые. Но КПД этих разработок составил всего лишь 1%. Кроме того, в процессе создания применялись дорогие металлы.
Наши ученые нашли более дешевый и доступный способ: использование легирования для повышения КПД. При этом ученым удалось обойтись без дорогостоящего вакуумного напыления, которое применяется при создании современных прозрачных солнечных батарей. Как поясняет главный разработчик Павел Ворошилов, один прозрачный элемент, созданный по распространенной технологии, стоит как вся непрозрачная батарея.
«Для своих опытов мы взяли солнечный элемент на основе малых молекул, на который нанесли нанотрубки в качестве прозрачного электрода. Далее легировали покрытие из нанотрубок при помощи ионного затвора. Обработке подвергся и транспортный слой, который отвечает за то, чтобы заряд из активного слоя успешно достиг электрода. Нам удалось обойтись без вакуумных камер, работали в воздушной атмосфере. Нужно было просто капнуть ионной жидкостью и подать немного напряжения, чтобы получить необходимые свойства», — делятся ученые.
Традиционно солнечные батареи применяются на крышах. Прозрачность же позволит клеить их на стекла или стеклянные фасады зданий. Энергии в таком случае будет производиться в разы больше и без снижения видимости. В целом новая технология позволит существенно сократить потребление ископаемого топлива. Сейчас ученые продолжают совершенствовать свою разработку.
Рекомендуем к прочтению: