Представите себе мир, в котором окна вздымающихся над городом стеклянных громадин представляют собой мощные генераторы электричества, обеспечивающие своих обитателей гораздо бóльшим, чем просто свежий воздух, свет и красивый вид на город. Четыре последних года коллектив учёных из Университета Флиндерса (Австралия) работает над тем, чтобы хоть немного приблизить эту мечту. И вот теперь можно говорить о том, что понятие «стекло на солнечных батареях» может очень скоро войти в нашу повседневную жизнь.

Фотон ударяет в сборку углеродных нанотрубок и генерирует экситон — пару «электрон — дырка», которая затем быстро разделяется на межтрубочном интерфейсе. В случае одиночных нанотрубок происходит быстрая реадсорбция экситона. (Иллюстрация J. Crochet.)

Основой будущей технологии должны стать углеродные нанотрубки. Многообещающая альтернатива традиционному кремнию, углеродные нанотрубки дешевле в производстве и более эффективны в использовании. Заметим, что общая эффективность кремниевой солнечной батареи — всего около десяти процентов, и, даже работая на этом пике, понадобится пятнадцать лет, чтобы оправдать энергию, затраченную на её производство, поскольку получена она была из ископаемых источников.

Ведущий научный сотрудник группы Марк Биссетт подчеркивает, что новые углеродные нанотрубки не только прозрачны (то есть их предполагается напылять на стёкла, не боясь слишком сильного затемнения), но и гибки, поэтому их можно вплетать в различные материалы, включая ткань.

Возвращаясь к нашей мечте о мощных стёклах-генераторах, признаем, что мы несколько поторопились. Впрочем, несмотря на то что количество энергии, генерируемой «солнечными окнами», будет недостаточным, чтобы полностью обеспечить потребности стандартного офисного здания, изобретение всё-таки сможет внести существенный вклад в сохранение кошелька и экологии.

По словам г-на Биссетта, разработанная его группой технология копирует процесс фотосинтеза, посредством которого растения получают энергию от солнца. Так, в углеродных солнечных батареях функциональный слой одностенных углеродных нанотрубок зажат между двумя стеклянными субстратами, покрытыми тонким слоем проводящего ITO (индий-оловянного оксида). Падающий на такую структуру свет приводит к генерированию свободных электронов внутри нанотрубок (на самом деле вначале генерируется экситон — пара «электрон — дырка», которая затем быстро разделяется на межтрубочном интерфейсе, и это делает процесс совсем не похожим на фотосинтез; подробнее можно почитать здесь), что используется для подключения электрических приборов.

Сейчас в лаборатории собран лишь небольшой функциональный прототип; следующим этапом должно стать испытание наноуглеродных трубок в промышленных масштабах. Если всё пройдёт хорошо, то, как полагает г-н Биссетт, новая технология сможет выйти на массовый рынок в течение десяти лет.

Подготовлено по материалам Университета Флиндерса.