Батареи из наноплёнок

12.08.2019 17:41

117

Альтернативная энергетика — неотъемлемая часть жизнедеятельности людей. Быстрыми темпами развивается генерации энергии за счёт использования солнечного излучения. Выработка электричества производится с использованием системы фотоэлектрических преобразователей – батарей. Они громоздки, трудны в монтаже и эксплуатации. К наиболее затратным и технологически сложным процессам, относится создание кремниевой подложки с чистотой металла 99,99%, из-за этого стоимость конечного изделия высока.

Во многих странах ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР), по созданию более простых гелиоэлементов. Среди инновационных разработок учёных в этом направлении, выделяются тонкоплёночные солнечные батареи.

Общими для них идеями, служат отказ от кремния и использование достижений нанотехнологий. Миниатюрные размеры полупроводников из наночастиц, позволяют применять их в виде красок, паст, спреев. Изделия наносятся на базовое основание с помощью распылителей, кистей, шпателей. Для этого наноэлементы растворяются в специальных жидкостях, которые содержат воду, спирт и добавки. Смесями покрываются поверхности, обладающие токопроводящими свойствами. Под воздействием лучей, гелиоэнергия преобразуется в электричество.

Существует несколько направлений создания батарей из нанопленок.

Позитивные результаты демонстрируют модели на основе минерала первоскита (титанат кальция – CaTiO). В природе, при самостоятельном виде, встречается не часто. По убеждению исследователей, с этим минералом связано будущее солнечной энергетики. Его отличительная черта – больший захват солнечных лучей, по сравнению с кремнием. Технология изготовления не сложная и относительно недорогая. Это связано с тем, что исключается дорогостоящий процесс обжига конечного продукта при высокой температуре.

Батареи из наноплёнок

Перспективным считается направление по созданию красок для поглощающих солнечный свет плёнок из наночастиц двуокиси титана (TiO2), соединений кадмия с серой (CdS) и селеном (CdSe). Главное достоинство прибора – доступность структурных компонентов, не относящихся к числу дефицитных и дорогих товаров. Плёнка легко наносится на электропроводную панель.

Начаты промышленные испытания панелей из 4 нанокристаллических элементов. В их числе базовые металлы, применяемые в качестве полупроводников: индий (In), галлий (Ga), селен (Se). Они представлены сложными сплавами. Токопроводящий компонент – медь. Преимущество – возможность использовать в качестве основания диэлектриков в виде стекла, ткани, пластика.

Недостатком новой продукции, считается низкая эффективность. Пока лучшие модели приблизились к показателю 9%. Рентабельная эксплуатация начинается с 12%. Традиционные батареи имеют КПД 15-20%.

Динамика роста качества работы электротехнических элементов, показывает, что отставание будет преодолено за 5 лет. В 2011 году эффективность эксплуатации батарей не превышала 1%. В 2015 – 3%. За 3 последних года - возросла на 6%. В лабораторных условиях достигнут КПД 21%.

Число компаний, занимающихся разработкой особо тонких батарей, за 10 лет увеличилось с 6 до 70.