Китайски изследователи направиха важна стъпка напред в развитието на ново поколение слънчеви клетки.
Производителите отдавна използват силиций, за да произвеждат слънчеви панели, тъй като материалът е най-ефективен при преобразуването на слънчевата светлина в електричество.
Органичните фотоволтаици, изработени от въглерод и пластмаса обаче, обещават по-евтин начин за генериране на електроенергия, който ще бъде и с много повече приложения.
Това ново откритие показва, че органичните вещества вече могат да бъдат също толкова ефективни, колкото силиция при преобразуването на слънчевата светлина в електроенергия.
Какво представляват органичните слънчеви клетки?
Те са наречени органични, защото въглеродните материали са в основата на тези устройства, а не силицият. Квадратните или правоъгълните соларни панели, които повечето от нас познават, изискват фиксирани монтажни точки обикновено на покриви или на равни полета.
Органичните фотоволтаици (OPV) могат да бъдат произведени от съединения, които се разтварят в мастило, за да могат да бъдат отпечатани върху тънки ролки от пластмаса. Така те ще могат да се огъват или да се извиват около избрани структури или дори да бъдат включени в платове и дрехи. Това, което все още ограничава приложението им е ефективността, измервана с количеството слънчевата светлина, която достига до панела и може да се превърне в използваема електроенергия.
Масово прилаганите силициеви фотоволтаици обикновено използват 15 до 22% от слънчевата светлина, като световният рекорд на силициева клетка е 27,3%, достигнат това лято във Великобритания.
През април изследователите развиващи органичните фотоволтаици успяха да достигнат 15% при тестовете. Сега това ново проучване съобщава, че са успели да превърнат в електроенергия над 17% от слънчевата светлина попаднала на органичния панел, а авторите твърдят, че съвсем скоро ще бъде възможно ефективността да достигне до 25%.
Това е важно, тъй като според оценките, с 15% ефективност и 20 години живот, органичните слънчеви клетки могат да произвеждат електроенергия с цена по-малка от 7 цента на киловатчас. За сравнение през 2017 г. средната цена на електроенергията в САЩ е била 10,5 цента на киловатчас, според Американската енергийна информационна администрация.
Едно от нещата, които пречеха за по-високата ефективност на OPV в миналото, е фактът, че органичните материали имат свободно свързани молекули, които могат да улавят електрони и да забавят генерирането на електроенергия. Сега изследователите са се опитали да се справят с това, като поставят различни слоеве на материала заедно в т.нар. „клетки тандеми“.
„Клетка тандем означава, че имаме две устройства, втъкани заедно в една и съща структура“, казва един от авторите д-р Йонгшен Чен от университета „Нанки“ в Тиендзин, Китай.
„Имаме два слоя активни материали, всеки слой може да абсорбира различни дължини на вълната от светлина, което означава, че може да използва слънчевата светлина в по-широките дължини на вълните, което ще рече по-ефективно и това може да генерира повече електрическа енергия“.
Според изследователите откритието не е много далеч от серийно производство. Д-р Чен сравнява OPV с органичните светлинно-излъчващи диоди или OLED. Тази технология е въведена през последните няколко години и се използва широко за телевизори от по-висок клас.
„Тази технология вече е широко приложима и използва подобен материал на OPV“, казва д-р Йонгшенг Чен пред BBC News.
„Физическият принцип е същият, само в различна посока – едната е от слънчева до електрическа, а друга – от електричество до светлина, устройството и структурата са подобни.“
„Аз съм оптимист за скорошно масово приложение на OPV, за което може да не се налага да изчакаме и пет години“, добавя той.
Гъвкавите, отпечатани слънчеви клетки предлагат широк спектър от възможности. Те могат да работят на закрито и могат да бъдат полупрозрачни. Това ще позволи да бъдат включени в прозорците и да генерират енергия по време на дневна светлина.
OPV предлагат огромни възможности за сгради, тъй като са леки и могат да бъдат идеални за разполагане на покриви на къщи, при които структурите може да не са подходящи за тежък силиций. Те могат да се използват на покрива и на автомобили, в дрехи, дори и в чаши, практически навсякъде.
„Органичните соларни клетки са идеални за мобилно използване – за къмпинг, интелигентни носители или за зарядни устройства за телефони, да спомена само няколко приложения, които са недостатъчно засегнати от класическите силициеви технологии за соларни клетки“, казва д-р Александър Колсман, експерт по органична фотоволтаици от Института по технологии в Карлсруе.
И други експерти в тази област изразяват положителни оценки за откритието.
„Това за мен е забележителен резултат“, казва д-р Артем Бакулин от Imperial College London. „Разработването на такива нови материали с предишни немислими свойства им позволява да постигнат обявената рекордна ефективност и като цяло технологията OPV става много по-обещаваща.“
Д-р Фен Гао от университета в Линкьопинг, Швеция също смята, че новото откритие е значително.
„Свършената работа прави много важен принос към органичните слънчеви клетки и със сигурност ще вдъхнови много новости в тази област“, казва той.
