Как взять энергии у солнца в три раза больше

Photovoltaic-Modules-43_1-1

В НИИ физической и органической химии ЮФУ идет работа по синтезу соединений, которые станут основой для работы третьего поколения солнечных батарей и молекулярной электроники. Об этом автор этих строк побеседовала с главным научным сотрудником НИИФОХ ЮФУ Евгением Ивахненко.

Но сначала по поводу ситуации с солнечной энергетикой стоит выслушать мнение научного руководителя ЮФУ, академика РАН Владимира Исааковича Минкина: «На землю ежедневно попадает такое количество солнечной энергии, что если бы мы могли бы собирать ее на площади порядка 100 квадратных километров (где-нибудь в пустыне Сахара), то ее хватило бы человечеству на год. Задача заключается в том, чтобы собрать, аккумулировать и преобразовать эту солнечную энергию в электричество. В этой области работает большое количество специалистов, и наш проект также направлен на то, чтобы приблизиться к решению этой гигантской проблемы».

Младший-научный-сотрудник-Н

Юлия Витковская, м.н.с НИИФОХ ЮФУ отфильтровывает полученные соединения

Вещества-преобразователи

А теперь отправимся в НИИФОХ, в котором встреча с главным научным сотрудником института Евгением Ивахненко прошла в лаборатории, где и появляются на свет новые для солнечной энергетики соединения.

— Для начала, — говорит Евгений Петрович, — вспомним, что солнечная батарея представляет собой транзистор, состоящий из двух слоев. Один слой — это неорганические соединения, в нашем случае — окись титана. На него-то и наносится слой, в нашем случае, раствора органического красителя, молекула которого поглощает свет и выделяет электрический ток.

— Для получения красителей (речь идет о гетероциклических пентациклах) мы разработали методы синтеза, которые до нас не использовал никто, — утверждает Евгений Петрович — Системы сложные, но мы научились получать их довольно просто. Они интересны тем, что максимально поглощают свет в красной области спектра, то есть, солнечный свет, и в ответ поглощенную энергию отдают.

В синтезированных в НИИФОХ красителях присутствуют замещающие атомы водорода группы атомов (заместители), которые увеличивают интенсивность их окраски в растворах (такие заместители называют «антеннами») и «якоря», которые позволяют скреплять окись титана и молекулу красителя.

Но на испытания в Институт химфизики РАН (Москва) отдаются не просто сами люминофоры, а созданные на их основе полимеры, то есть, мы «сшиваем» их молекулы в цепи, объясняет Евгений Ивахненко. А химфизики делают рентгеноструктурный анализ полученных кристаллов и определяют их магнитные свойства. И добавляет: «Мы вошли как участники в их мегагрант, посвященный веществам с магнитными свойствами, то есть, мы занимаемся синтезом того класса соединений, который интересен не только для фотовольтаики, а по многим параметрам».

научный-сотрудник-НИИФОХ-Ни

Научный сотрудник НИИФОХ ЮФУ Николай Амеличкин занят выделением красителей из реакционной смеси

Фотовольтаика — раздел науки на стыке физики, фотохимии и электрохимии, изучающий процесс возникновения электрического тока в различных материалах под действием падающего на него света.

Из света — в цепь

Как происходит поглощение света и появление электрической энергии, показал Павел Князев, старший научный сотрудник НИИФОХ ЮФУ. По его словам, красители в «солнечных» ячейках используются в качестве сенсибилизаторов (то есть, материалов с повышенной светочувствительностью). Сама ячейка, которую и продемонстрировал Павел Анатольевич, состоит из стеклянного электрода, на который сначала наносится слой оксида титана, а на него — раствор красителя. Эта двухслойная система закрывается вторым стеклянным электродом и закрепляется. Потом ячейка выносится под источник света. При при освещении системы видно, как растут вольамперные характеристики системы — сила тока и напряжение.

Малейшие изменения в структуре красителя, уточняет Евгений Ивахненко, должны приводить к улучшению процесса, то есть, повышению получаемых показателей, над этим и идет работа.

Веществами для третьего поколения батарей солнечной энергетики эта лаборатория НИИФОХа занимается всего два года. Солнечные ячейки — тема сейчас популярная, поиск сенсибилизаторов для них идет в академических институтах уже не один год. Но если учесть, какое время вещества для применения в фотовольтаике синтезируют в этом институте, то успех налицо, поскольку результаты ничуть не хуже, а перспективы весьма заманчивы.

Первые результаты исследований опубликованы в журнале Dyes and Pigments.

Проект поддержан грантом Российского научного фонда «Гетеропентацены — новые фотостабильные сенсибилизаторы для третьего поколения солнечных батарей: синтез, теоретическое моделирование и структурная оптимизация» (руководитель проекта — академик РАН Владимир Минкин).

Читайте также...