Солнце обеспечивает нас одной из самых многообещающих форм возобновляемой энергии; одна беда — обычные солнечные батареи излишне дороги. Именно поэтому в своё время начались эксперименты с органическими красителями.

В качестве рабочего материала, абсорбирующего солнечный свет, в таких установках применяются дешёвые органические красители, нанесённые на поверхность наночастиц диоксида титана, вместо дорогого кремния и редкоземельных элементов. Чжаохун Хуану из Агентства по науке, технологии и исследованиям ASTAR (Сингапур) и его коллегам удалось ещё больше снизить стоимость солнечной батареи на органических красителях, заменив оксидный индий-оловянный электрод (ITO) на углеродные нанотрубки.

Третье поколение солнечных батарей — теперь на органических красителях (сиреневые кружочки) (иллюстрация Energyer.com).

Типичная солнечная батарея на органических красителях состоит из пористого слоя наночастиц диоксида титана с адсорбированным на поверхности частиц органическим красителем. Краситель абсорбирует солнечный свет и конвертирует энергию в электричество, которое проводится наночастицам диоксида титана. Обращённая к солнцу сторона батареи обычно покрыта прозрачным электродом ITO, который снимает носители заряда с диоксида титана и отводит электричество за пределы батареи. Конечно, у ITO много недостатков: например, он хрупкий и легко трескается, тонкую плёнку такого электрода просто поцарапать (а значит, привести в негодность всё устройство), но главный и самый важный недостаток ITO — его цена, которая уже сегодня может составлять до 60% стоимости всей батареи на органических красителях. И что ещё печальнее — индий дорожает буквально каждый день.

Вот почему г-н Хуан и его группа взялись заменить ITO-электрод на гораздо более дешёвые тонкие плёнки углеродных нанотрубок — гибкий, прочный, практически прозрачный материал. Но есть у них и недостаток: носители фотосгенерированного заряда в нанотрубках могут рекомбинировать с ионами в растворе красителя, что уменьшает эффективность конверсии.

Чтобы одолеть эту проблему, исследователи разместили тонкую плёнку диоксида титана между углеродными нанотрубками и пористым слоем. Оказалось, что подобная модификация заметно улучшает эффективность батареи. Однако составляет она всего 1,8%, что не идёт ни в какое сравнение с традиционными солнечными батареями, использующими стандартный ITO-электрод. А причина довольно банальна — матушка природа: более высокая резистентность и меньшая оптическая прозрачность углеродных нанотрубок лимитируют количество солнечного света, проникающего внутрь фотоэлектрической ячейки. И ничего с этим не поделаешь...

Подробности работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Но трудности не останавливают товарищей китайских исследователей: сейчас они изучают возможности повышения проводимости и оптической прозрачности углеродных нанотрубок. Кроме того, в планах — замена нижнего платинового электрода на всё те же углеродные нанотрубки.