Ячейки из чистого углерода помогут освоить ИК-диапазон излучения Солнца

Около 40% солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, приходится на излучение в близком инфракрасном диапазоне спектра, которое не улавливается традиционными солнечными батареями на базе кремния. Инженерами MIT разработаны способные на это устройства нового типа, использующие полностью углеродные солнечные ячейки. В сочетании с кремниевыми, углеродные батареи позволили бы наиболее полно использовать для получения энергии весь доступный спектр солнечного излучения.

Ячейка фундаментально нового типа сделана из двух экзотических разновидностей углерода: нанотрубок (CNT) и сферических молекул фуллерена (C60). Чтобы обеспечить ее нормальное функционирование, используемые нанотрубки должны быть одностенными и только одной из двух возможных симметричных конфигураций.

Создание слоя одностенных углеродных нанотрубок на поверхности кремния — первый этап изготовления нового типа солнечных ячеек, разработанных в MIT

Другие группы уже делали фотоэлектронные ячейки из нанотрубок, но они не смогли избежать применения дополнительного слоя полимера для фиксации CNT в нужном положении и сбора выбитых светом свободных электронов. Такое решение требовало дополнительных стадий технологического процесса и защитного покрытия, препятствующего разрушению под воздействием воздуха. Полностью углеродные ячейки выгодно отличаются невосприимчивостью к влиянию атмосферы.

Поскольку новая система строится из слоев нанометрового масштаба, на это расходуется ничтожное количество высокочистого углерода. Ячейки получаются очень легкими, а также прозрачными для видимого света, т.е. их можно располагать перед стандартными кремниевыми солнечными элементами.

Тем не менее, предложенная технология нуждается в дальнейшем совершенствовании. Первые концептуальные модели имеют очень низкую эффективность — они преобразуют только около 0,1% энергии. Но это вполне стандартная проблема всех ранних прототипов и основные пути повышения кпд вполне очевидны для исследователей.

Подробности работы изложены в статье, появившейся на этой неделе в журнале Advanced Materials.