Органические фотоэлементы достигли КПД в 26%



Начинающая компания из Уэльса G24 Innovations (G24i) достигла рекордной эффективности в 26% для органических фотоэлементов на базе красителей. Пока основное применение для нового фотоэлемента разработчики видят в подпитке беспроводных клавиатур и гаджетов, но в будущем намерены устремиться в большую энергетику.

Технология нацелена на дополнительное энергообеспечение гаджетов, беспроводных клавиатур и пр. Поэтому стандартные (а точнее — идеальные) условия работы энергетических фотоэлементов, такие как 1 000 Вт/м² и температура фотоэлемента в 25 ˚С, для батарей не являются ориентирами, поскольку достичь этого в условиях дома или офиса часто невозможно.



Рис. 1. Стандартная ячейка Гретцеля проста и не содержит дорогостоящих элементов, однако добиться от неё КПД в 26% раньше не удавалось. (Здесь и ниже изображения G24i).

Органические фотоэлементы на основе красителей, известные также как ячейки Гретцеля, — это цветосенсибилизированные (цветочувствительные) фотоэлектрохимические ячейки, чем и отличаются от кремниевых или обычных органических фотоэлементов. Они дешевле, потому что их производство не требует сложного оборудования. Ячейки имеют простую структуру: пара электродов и йодсодержащий электролит. Один электрод, находящийся на прозрачной электропроводящей подложке, состоит из диоксида титана (TiO2). Другим как раз и является сама прозрачная электропроводящая подложка.

Работу такого фотоэлектрохимического элемента часто сравнивают с фотосинтезом: в обоих случаях используются окислительно-восстановительные реакции, протекающие в электролите. Ранее КПД таких фотоэлементов не превышал 14–15%, хотя теоретические лимиты отсутствуют до 32–34%. Основным практическим ограничением для ячеек Гретцеля считается их морозостойкость: современные жидкие электролиты замерзают при отрицательных температурах, что разрушает фотоэлемент. А вот при высоких температурах они работают идеально, не демонстрируя снижения КПД вплоть до 60 ˚С.

G24i пока лишь патентует новый состав красителя и электролита, позволивший достичь рекордной эффективности (разумеется, не вдаваясь в подробности). При этом показатель был получен при совершенно необычных условиях: речь идёт о КПД преобразования света стандартной энергосберегающей флуоресцентной лампы GE Polylux 827 со светимостью в 200 лк. От этой лампы фотоэлементам на базе ячеек Гретцеля удалось получить 16,8 мВт. По словам представителей компании, сегодня на рынке существуют беспроводные клавиатуры с энергопотреблением, различающимся на порядок, и для самых экономичных изделий достигнутой эффективности уже хватает для обеспечения полной энергоавтономии. В клавиатурах-прототипах, тестируемых сегодня G24i, для коротких бессветовых периодов используются суперконденсаторы, запасающие электроэнергию от солнечных батарей в периоды высокой освещённости и малой нагрузки на клавиатуру.



Рис. 2. Компания уже производит беспроводные клавиатуры, не нуждающиеся в батарейках и работающие от офисного освещения (как естественного, так и искусственного).

При использовании с современными гаджетами на литиевых батареях G24i-разработка пока не может обеспечить полную энергоавтономность (кроме электронных книг, потребление которых очень мало), однако уже сегодня они могут в 1,5–2 раза увеличить время работы устройств до полной разрядки.

Авторы нового электролита для ячеек Гретцеля не собираются останавливаться на применении разработки только в закрытых помещениях. Они уже «щупают» твёрдые электролиты со сходными КПД, которые могли бы функционировать, не замерзая, при отрицательных температурах и, таким образом, пробить себе дорогу в большую энергетику.

Источник

«Между прочим, религиозный студент может придти в замешательство, недоумевая зачем бог создаёт проблемы, снабжая хищников красивой адаптацией для ловли добычи, при этом другой рукой снабжая добычу красивой адаптацией, препятствующей этому. Видимо он наслаждается этим спортом как зритель»

Ричард Докинз

Научный подход на Google Play

Файлы

Космос: эволюция Вселенной, жизни и цивилизации

Отрицание смерти

Логика и рост научного знания

От имени науки. О суевериях XX века