Исследователи из технологического института Нью-Джерси (NJIT) разработали новый тип солнечных батарей, отличающийся невысокой стоимостью и возможностью производить их путем печати на гибкой пластиковой подложке. По мнению ведущего разработчика и автора идеи Сомната Митра, профессора и руководителя кафедры химии и окружающей среды NJIT, домовладельцы смогут даже печатать ячейки этих солнечных батарей на недорогих домашних струйных принтерах. Затем они смогут прикрепить полученный продукт на стену, крышу или забор, чтобы создать собственную электростанцию. Суть технологии заключается в том, что углеродные нанотрубки комбинируются с фуллеренами и формируют таким образом структуры наподобие «змеевиков». Солнечный свет, падая на полимерную основу, возбуждает в полимере ток, и фуллерены захватывают электроны. Однако фуллерены не обладают электропроводностью, и здесь свою роль играют нанотрубки, проводящие ток аналогично медным проводникам. Захваченные электроны, двигаясь по нанотрубкам, создают в них ток. «Использование этой уникальной комбинации в солнечных батареях на органической основе приведет к увеличению эффективности будущих печатных солнечных батарей, – считает Митра. – Эта технология позволит обеспечить домовладельцев недорогим альтернативным источником энергии». В Дубне учеными Научного центра прикладных исследований (НЦеПИ) ОИЯИ на основе нового вещества – гетероэлектрика (гетероэлектрик – гетерогенная субстанция, состоящая из носителя и активного начала – наночастиц вещества, отличного от вещества носителя, при этом размеры наночастиц и расстояние между ними меньше длины волны воздействующего электромагнитного поля, что позволяет осуществлять управление магнитным полем и его преобразование с целью создания приборов и устройств с прогнозируемыми оптическими, электрическими и магнитными свойствами) создана «звездная батарея». «Звездная батарея» состоит из гетероэлектрического фотоэлемента с высокой эффективностью работы в видимом и инфракрасном спектре и гетероэлектрического конденсатора огромной емкости в малом объеме. На способы и устройства с использованием гетероэлектрика специалистами НЦеПИ получены патенты, не имеющие аналогов в мире: наноусилитель электрического излучения, электрический конденсатор и ненавесные элементы интегральных схем, зеркало, способ генерации когерентного электромагнитного излучения и дипольный нанолазер на его основе, оптическое стекло, фотокатод, гетерогенный фотоэлемент, фотоэлемент. Специалистами НЦеПИ подана также заявка на оптическое стекло из гетероэлектрика с рекордным показателем преломления света, превышающим современные показатели в десятки раз. В настоящее время слабое применение солнечной энергетики обусловлено следующими ее недостатками:

низкая эффективность преобразования света в электрический ток (не более 20%);

отсутствие возможности получения электроэнергии ночью, при облачности и с малым количеством солнечных дней в году;

отсутствие высокоэффективных и экологически безопасных источников накопления энергии (в настоящее время используются аккумуляторы).

У демонстрируемого учеными НЦеПИ образца гетероэлектрического фотоэлемента, являющегося основным компонентом «Звездной батареи», эти недостатки отсутствуют.

Зато имеются явные преимущества: эффективность преобразования видимого спектра cоставляет -54%, что значительно превышает существующие мировые показатели, а эффективность преобразования инфракрасного спектра – 31% , что даже выше, чем у современных солнечных батарей. Фототок гетероэлектрического фотоэлемента (ГЭФ) в 4 раза выше, чем у современных солнечных батарей. При этом ГЭФ имеет массу полупроводникового вещества на ватт энергии в 1000 раз меньше, чем у фотоэлементов современных солнечных батарей. Полученные расчеты указывают на то, что себестоимость гетероэлектрического фотоэлемента звездной батареи будет ниже себестоимости фотоэлемента современной солнечной батареи.

Для справки

Новое вещество, открытое и запатентованное под названием гетероэлектрик, обладает интересным свойством: если в какой-либо материал (носитель) ввести наночастицы определенного ряда других материалов (затравку), то воздействие электромагнитного поля вызывает явление суперкогерентности – интенсивные согласованные по времени колебания электронов «затравки», приводящие к интенсивному взаимодействию всего образца (гетероэлектрика) с электромагнитным полем, что уникальным образом меняют свойства этого материала. В переводе на простонародный: формирование структуры материала посредством введения в него наночастиц другого материала под действием электромагнитного поля позволяет существенным образом изменять свойства исходного материала и управлять этими свойствами, изменяя параметры электромагнитного излучения. Ученые из екатеринбургского Финансово-промышленного венчурного фонда ВПК, разработали жидкую броню на основе жидкого полимера, наполненного наночастицами. Сам состав «наноброни», как и имена разработчиков, не разглашается, поскольку все детали научного проекта спрятаны под грифом «секретно», но принцип ее действия широко известен: при резком механическом воздействии (например, ударе пули) наночастицы в жидком полимере практически мгновенно сближаются и за счет сил межмолекулярного взаимодействия слипаются в кластеры. Жидкая броня превращается в прочный твердый композит. В частности, элементы технологии «жидкой брони» можно с успехом применить в строительстве сейсмоустойчивых сооружений, которые при подземных толчках превращались бы в прочные бастионы, а не рассыпались, как карточные домики. Ведь есть же примеры слияния нанотехнологий и полимеров при строительстве сейсмоустойчивых зданий. Но пока что не у нас. Что касается перспектив нанотехнологий в индустрии полимеров, то согласно прогнозам американской компании ВСС, основанным на исследовании рынка наноматериалов, несмотря на то, что в настоящее время наибольшую долю по уровню потребления составляют неполимерные наноматериалы, в ближайшем будущем они уступят свое место нанополимерам, которые уже сегодня уверенно составляют более четверти всего рыночного сегмента. Именно нанополимеры станут, по прогнозу ВСС, наиболее востребованными наноматериалами в мире. Ряд исследователей предполагает использовать углеродные нанотрубки, являющиеся на сегодняшний день наиболее известными наноструктурами, для формирования миниатюрных волосков при создании костюма «человека-паука». Принцип его действия подобен ухищрениям ящериц и пауков: у обоих этих видов животных на лапках есть крошечные волоски, которые позволяют им держаться на вертикальной поверхности, как бы «приклеиваться» к ней, благодаря силам межмолекулярного притяжения (силам Ван-дер-Ваальса). Вот некоторые ученые и работают над технологией создания материала, покрытого множеством тончайших прочных волосков, свободные электроны с поверхности которых вступают во взаимодействие со свободными электронами гладкой на первый взгляд вертикальной поверхности, позволяя легко перемещаться по ней. Одними из самых перспективных материалов для костюма «человека-паука» являются нанополимеры.