Преобразовать энергию солнца в электричество сейчас пытаются двумя независимыми путями. Первый — вырабатывающие электричество солнечные батареи. Другой — фотокатализ воды, разделяющий ее на кислород и водород для использования второго в топливных элементах. Команда ученых из США и Германии опубликовала в Nature Materials статью о революционном подходе, сочетающем оба варианта. Свой солнечный элемент они назвали гибридным.
Он превращает свет солнца и воду сразу в два источника энергии — электричество и водород. И уже первый прототип, как заявил Science Daily глава команды Гидеон Сегев, показал впечатляющую производительность.
Главная задача обычных фотоэлектрохимических элементов — уловить и преобразовать в электрическое напряжение как можно больше света с разной длиной волны. Такие элементы делают слоеными: верхний слой улавливает инфракрасный свет, далее — видимый, а нижние слои — ультрафиолет. Однако, по словам Сегева, структура слоеного пирога приводит к тому, что порядочное количество возбужденных светом электронов извлечь из толщи панели не удается. «Это как если бы вы все время ехали на машине на первой передаче», — говорит ученый.
Сегев и его коллеги решили высвободить электроны, подсоединив к нижнему слою панели дополнительные электроды.
После того, как компьютерная симуляция подтвердила гипотезу, они собрали первый прототип. «К нашему удивлению, все сработало!» — говорит исследователь.
Эффективность обычных фотоэлектрохимических элементов на основе ванадата висмута — 6,8%. Это значит, что остаток энергии теряется.
Новая ячейка собирает вдвое больше в виде электричества — 13,4%. Общая эффективность на выходе — свыше 20%.
Это новый путь для развития солнечной генерации, которую считают главной составляющей чистой энергетики будущего, уверяют исследователи. Они намерены продолжить работу в этом направлении, хотя пока о коммерциализации генерирующих электричество и водород солнечных панелей речи не идет.
Ученые по всему миру работают над тем, чтобы повысить эффективность солнечной генерации. Еще один «гибридный» путь прорабатывает команда из Германии: там утверждают, что разместив панели на высоких каркасах над сельхозугодьями, общий эффект от использования площадей можно повысить в полтора раза. Для этого надо найти сельхозкультуры, которые больше всех выиграют от увеличения тени и влажности.
