ОРГАНІЧНІ СОНЯЧНІ ПАНЕЛІ – НОВА ТЕХНОЛОГІЯ

Органічні сонячні панелі (вони ж полімерні, пластикові) - це тип панелі, в якому використовується органічна електроніка. Їх виробництво почалося в 1992 році. При виготовленні застосовуються більш екологічно чисті органічні полімери - вуглець і пластик. Це відносно нова технологія, яка активно досліджується світовими вченими, інженерами і фізиками.

Близько 90% всіх фотоелектричних систем побудовані з панелями на основі кремнію, ефективність яких складає в середньому 18% - 22%. Ефективність - це міра того, скільки сонячного світла, що падає на панель, можна перетворити в електроенергію.

Органічні сонячні панелі - це нове покоління полімерних фотоелектричних елементів. У порівнянні з кристалічними технологіями, вони мають низьку продуктивність і більш високі витрати при виробництві. Над підвищенням їх ефективності працюють вчені та інженери у всьому світі. Вартість виробничого процесу в перспективі знизиться шляхом збільшення обсягів виробництва. На даний момент - це невелика галузь.

Зміст статті:

• • • Органічні сонячні батареї - переваги і область застосування
    • Сонячні панелі з органіки: дослідження і перспективи
    • Сонячні батареї на бактеріях

Органічні сонячні батареї - переваги і область застосування

Органічні сонячні батареї в 2021 році являють собою накладені один на одного тонкі плівки з полімерних матеріалів з різними функціями.

Їх переваги:

• легкі - вони більш ніж в 40 разів легше кремнієвого типу;
• тонкі - їх товщина складає кілька міліметрів;
• гнучкі;
• прозорі;
• мають відмінний коефіцієнт поглинання;
• можна налаштувати на молекулярному рівні;
• недорогі і економічно ефективні при виготовленні в виробничих масштабах;
• завдають меншої шкоди навколишньому середовищу;
• економія ресурсів при виробництві.

Основними недоліками є:

• низька продуктивність - забезпечують близько ⅓ ККД кристалічного кремнію;
• більш високі витрати на виробництво при невеликих обсягах;
• невисока міцність в порівнянні з моно і полікристалічний елементами;
• значна деградація: їх ефективність знижується під впливом навколишнього середовища.

Органічні фотоелектричні елементи можуть бути виготовлені зі сполук, розчинених в чорнилі, тому їх можна друкувати на тонких рулонах пластика. Основна відмінність від кристалічних елементів полягає в тому, що їх можна нанести у вигляді тонкої плівки на що-небудь і перетворювати світло в електроенергію де б ви не знаходилися. Органічні сонячні батареї можуть бути застосовані:

• на дахах будинків, конструкції яких можуть не підходити для важких кристалічних панелей, які потребують фіксованих точок установки;
• на дахах або в вікнах автомобілів, в одязі і навіть в окулярах, щоб заряджати телефон, поки ви в дорозі;
• всередині шибок офісу або квартири, складної нерівній поверхні, гнучкої електроніки;
• харчування мобільних додатків - спорядження для кемпінгу, зарядних пристроїв для телефонів.

Дослідницький проект BOOSTER - творець двох демонстраційних продуктів. Перший - це панель, наклеюється на тверду поверхню. Другий - пластикова панель, яку можна прикріпити до матеріалу.

Сонячні панелі з органіки: дослідження і перспективи

Сонячні панелі з органіки роблять із вуглецю і пластика, що обіцяє дешевший метод виробництва електроенергії. Перспектива низьких виробничих витрат і підвищеної ефективності зацікавила вчених і зробила їх предметом дослідження в багатьох країнах світу. Розглянемо найбільш важливі з них.

Китайські дослідники Нанкайского університету зробили великий крок вперед у розробці нового покоління органічних фотоелектричних елементів. За рахунок тандемної структури вони змогли домогтися в 2015 році більше 10% ефективності, а в 2018 році був досягнутий новий рекорд - ККД 17,3%. При цьому автори говорять, що можливе підвищення до 25%.

Органічні матеріали мають слабо пов'язані молекули, які можуть уловлювати електрони і сповільнювати вироблення електрики. Дослідники спробували обійти це - вони об'єднали різні шари матеріалу в так званому підході тандемних комірок. Кожен із шарів може поглинати світло різних довжин хвиль - це означає, що сонячне світло використовується більш ефективно і збільшується генерація електрики.

У проекті QuESt фізик Фассіолі досліджує взаємодії органічних молекул зі світлом, щоб підвищити продуктивність органічних сонячних панелей. Вивчається поведінка молекул в певному гібридному стані - коли активуються і синхронізуються тисячі молекул, які порушуються і випускають електрон, що виробляє струм.

Сонячні батареї на бактеріях

Сонячні батареї на бактеріях - ще одна альтернатива традиційної неорганічної сонячної електроенергетики. Полягає вона в застосуванні генно-інженерної бактерії, яка використовує барвник для перетворення сонячного світла в електроенергію. Вчені з Британської Колумбії побудували біогенний сонячний елемент з живого організму - кишкової палички. Це не перша експериментальна біогенна сонячна батарея, але вона відрізняється більш високою ефективністю. Її переваги - вона добре працює як при тьмяному, так і при яскравому світлі.

Поки ця розробка не розглядається як конкуруюча з кристалічними сонячними елементами. Вона прагне зробити виробництво сонячних елементів для використання в умовах низької освітленості більш доступним.

За оцінками останніх досліджень, при терміні експлуатації 20 років і ефективності 15%, органічні сонячні батареї можуть виробляти електроенергію за ціною менше 7 центів за кВт * год.