Солнечные батареи из графена: что это такое, плюсы и минусы

Альтернативная энергия интересует всё больше учёных и простых пользователей. И это замечательно — чем больше интереса к отрасли, тем более доступной и развитой она становится. Возможно, в ближайшем будущем нас ждёт прорыв — появление графеновых солнечных панелей.

Что такое графен

Графен — это относительно новый материал. Впервые учёные смогли получить его в 2004 году, хотя теоретически возможность его существования была доказана еще в 1947 году. Особенность этого материала — двумерность. Графен — это гексагональная кристаллическая решётка толщиной в один атом. Что это даёт нам в практическом плане?

Графен обладает рекордной теплопроводностью и высокой механической жёсткостью. Он гибок и тонок (толщина слоя графена — всего один атом), но очень прочен. Его изготовление относительно дёшево: предсказывают, что он заменит другие материалы благодаря своей низкой себестоимости. Например, предполагается, что графен вскоре будет применяться вместо кремния в интегральных микросхемах.

Но ведь солнечные панели тоже делают из кремния! Производители солярных панелей уже обратили внимание на этот материал. Как оказалось, он вполне пригоден для создания солнечных батарей, и в некоторых аспектах даже превосходит привычный кремний. Первые разработки солнечных панелей из графена начались ещё в 2013 году. На массовом рынке их пока нет — изучение материала всё ещё активно продолжается.

За открытие графена двое американских учёных российского происхождения, Андрей Гейм и Константин Новосёлов, были удостоены Нобелевской премии.

Графеновые солнечные батареи

Панели из графена пока не вышли на массовый рынок. Их разработкой и исследованием занимаются, в частности, учёные Калифорнийского университета. В прессе регулярно мелькают новости об открытии новых свойств графена, которые позволят сделать солярную систему из них ещё эффективнее. Но уже сейчас можно сделать некоторые выводы об их преимуществах и недостатках.

Плюсы

Графен — очень дешёвый материал по сравнению с кремнием. Его получают, расщепляя графит. Есть несколько методов получения графена, и все они дёшевы. Поэтому такие солнечные панели должны окупаться значительно быстрее, чем традиционные кремниевые батареи.

Важный плюс графена — его гибкость. Льюис де Арко, занимающийся исследованием его свойств и возможных применений, предположил, что в ближайшем будущем из графена будут делать умные шторы и одежду. Для солнечных панелей гибкость — большой плюс. Такую панель можно складывать, сворачивать, даже комкать — она не потеряет своих свойств. Представьте тонкий прозрачный материал, который генерирует электроэнергию из солнечных лучей — именно так и будут выглядеть графеновые панели в массовом производстве (по словам учёных Калифорнийского университета).

Кстати, о прозрачности. Графен, будучи решёткой толщиной в один атом, — полупрозрачный материал. Это значит, что его можно устанавливать, например, на окна, на декоративные элементы дома (помним о гибкости), на черепицу. Прозрачная графеновая плёнка будет выглядеть эстетичнее, чем привычные кремниевые блоки.

Ещё одна интересная особенность графена — поглощение света любой частоты, в том числе вне видимого спектра. Кьонг Ма, одна из учёных-физиков Массачусетского технологического института, сообщает, что её команда продолжает изучать широту воспринимаемого диапазона. Возможно, новый материал сможет преобразовывать в электроэнергию не только световые, но и другие волны.

Минусы

Главный минус графеновых батарей — малая изученность материала. На начало 2020 года применение графена ещё находится на начальной стадии научно-исследовательских разработок, и это касается не только солнечных панелей. Когда первые батареи появятся в массовой продаже, их стоимость будет завышена из-за новизны технологии. Но, когда производство наладится, цены снизятся.

По эффективности кремниевые панели пока тоже превосходят солнечные батареи из графена. 1000 Вт света Солнца традиционные кремниевые батареи могут преобразовать в 14 Вт электроэнергии, а графеновые прототипы — лишь 1,3 Вт. Но считается, что за счёт дешевизны, широкого воспринимаемого диапазона и гибкости графеновые батареи догонят кремниевые по соотношению «цена — производительность».