За последние годы ученые создали множество новых типов фотоэлементов, преобразующих энергию света в электричество или биотопливо. Так, в феврале 2012 года американские физики разработали особое покрытие из полых нанокристаллов кремния, поглощающих до 75% солнечных лучей. Кроме того, в новом тысячелетии активно разрабатываются органические солнечные батареи. Производительность таких батарей остается на достаточно низком уровне, но при этом они крайне дешевы в производстве и отличаются высокой гибкостью и механической прочностью.
Тоньше волоса
Группа физиков под руководством Мартина Кальтенбруннера (Martin Kaltenbrunner) из университета Иоганна Кеплера в городе Линц (Австрия) разработала технологию, позволяющую производить сверхтонкие и сверхгибкие фотоэлементы из органических веществ и лавсановой пленки, применяющейся в качестве диэлектрика в микро-конденсаторах.
Как объясняют ученые, пленка из лавсана используется в качестве "обложки" для фотоэлемента, который представляет собой многослойный "торт" из нескольких слоев органических полупроводников - политиофена (P3HT), эфира масляной кислоты (PCBM) и других сложных соединений. На нижнюю и верхнюю части "торта" напыляются тонкие электроды из калия и серебра, поверх которых приклеены защитные пленки из лавсана.
Для увеличения прочности конструкции ученые прикрепили к лавсановым "обложкам" полоски эластичного материала, что позволило растягивать батарею в несколько раз, не опасаясь разрыва электродов или полупроводящих пленок. Толщина полученного "бутерброда" составляет всего 1,9 микрометра, что позволяет обернуть такую батарейку вокруг человеческого волоса несколько раз. Невероятная гибкость и механическая устойчивость защищают устройство от необратимых повреждений при "раскручивании" пленки.
Мистер фантастик
Экспериментальная батарейка на основе микропленки поглощала до 4% энергии искусственного "Солнца" в лаборатории, что сопоставимо с производительностью других тонких фотоэлементов на базе органики. Следует понимать, что коэффициент полезного действия в "полевых" условиях может быть несколько ниже лабораторных значений.
Тем не менее, у данного изобретения есть существенное преимущество по сравнению с другими решениями - оно продолжает вырабатывать электричество даже при сжатии на 80% или растягивании в 4 раза.
Кроме того, с точки зрения соотношения массы и производимой мощности пленка из органики легко обходит своих кремниевых конкурентов. По расчетам физиков, она производит до 10 ватт на грамм массы, тогда как кремниевые и многокомпонентные фотоэлементы достигают лишь 0,8 или 0,3 ватт на грамм.
Как полагают ученые, это делает их изобретение идеальным источником энергии для сверхлегких БПЛА, аэростатов, роботов размером с насекомого, а также для интеграции в "искусственную кожу".
С другой стороны, после двадцати-тридцати деформаций пленка теряет до четверти мощности. Ученые полагают, что это связано со тем, что структура эластичных полосок со временем "портится", из-за чего пленка не разжимается до конца после двух десятков циклов деформации.
