Бумажные солнечные батареи

Производство бумажных солнечных батарей, таких как этот образец, почти столь же дешёвое и лёгкое, как печать документа или рисунка на струйном принтере, уверяют разработчики технологии. И самые первые такие устройства проработали уже год без потери свойств.

(фото Patrick Gillooly)

Эти листки с цветными узорами можно скомкать, а можно свернуть из них самолётик. Но если к их краям подсоединить проводки, на свету вы получите ток. Вряд ли из таких панелей люди будут строить солнечные электростанции-гиганты, но свою нишу «солнечная бумага» наверняка займёт. Та же группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT), которая в прошлом году впервые построила работающую солнечную батарею на основе обычного бумажного листа, теперь отчиталась об испытаниях целого семейства таких фотоэлектрических элементов. Главное преимущество новинки перед похожими проектами — в роли подложки можно использовать самую обычную немелованную бумагу, офисную и даже газетную. Для превращения её в фотоэлектрический преобразователь учёные последовательно наносят на её поверхность пять тончайших слоёв различных материалов (органические активные вещества и полимерные электроды).

Один из авторов новинки помещает листок-заготовку в рабочую камеру для нанесения очередного слоя. Справа — бумажная солнечная батарея на промежуточной стадии создания (фотографии Patrick Gillooly).

Печатаются эти слои методом осаждения пара через трафарет (тоже бумажный) при температуре ниже 120 градусов, так что бумага не страдает. Аналогично специалисты MIT «нарисовали» солнечные элементы на очень тонком листке пластмассы PET (подобной той, что используется в бутылках с газировкой). Опыт показал, что полученные батареи сохраняют работоспособность даже после многократного сгибания. Авторы технологии особо подчёркивают: в ряде работ предшественников учёные лишь напыляли солнечный элемент на гибкую подложку, но не подтверждали, что такое устройство продолжит работу после множества складываний и раскладываний. Массачусетская PET-батарея спокойно выдержала тысячу таких циклов. В то же время серийные солнечные батареи на подложке из PET отказывают (повреждаются) обычно уже после первого складывания. Ещё интересный момент. В предшествующих экспериментах на пути исследователей, пытавшихся создать солнечные батареи из бумаги, вставала большая шероховатость поверхности на микроуровне. Предлагалось даже наносить сперва особый выравнивающий слой, что усложняло процесс и удорожало конструкцию. В MIT обошлись без этого, и качество батарей не пострадало. Вообще, фотоэлектрическая бумага оказалась довольно живучей. Создатели фотопанелей пропустили одну такую батарею через лазерный принтер и напечатали текст прямо на генерирующей ток поверхности. Устройство осталось работоспособным. В другом опыте в качестве основы экспериментаторы взяли кальку, копировальную и папиросную бумагу, газетный лист с напечатанным текстом. Все они, после обработки, начали вырабатывать электричество под лучами солнца и даже при искусственном освещении.

Верху: образцы новых батарей, напечатанных на копирке, кальке, папиросной бумаге и газете. Справа: сложеный в гармошку листик солнечной батареи, подсвеченный снизу ярким светом, выдаёт напряжение холостого хода в 26 вольт. Внизу: ламинированная бумажная батарея питает небольшой ЖК-экран от рассеянного солнечного света (фотографии Miles C. Barr et al./Advanced Materials, Gleason Lab).

КПД таких батарей невелик — всего 1%. Но зато тут очень низкий вес квадратного метра и привлекательная цена. В классических батареях стеклянная подложка, каркас, проводники и покрывающее активный слой стекло составляют существенную долю от общей стоимости изделия, не говоря уже о солидной массе. Малые вес и себестоимость квадратного метра (она, кстати, в тысячу раз меньше, чем у стеклянной батареи) могут оказаться важными при распространении «солнечной бумаги» в труднодоступных или бедных районах мира. Из бумажных солнечных батарей теоретически можно было бы делать шторы и обои, рассуждают изобретатели. Да и наружное применение новинки вполне возможно, достаточно покрыть батарею прозрачным слоем ламината, защищающим бумагу от воды.