Обязательно ли солнечные батареи должны быть плоскими? Исследователи из Технологического института Джорджии (Georgia Tech) недавно разработали новую технологию, позволяющую превратить оптические волокна в удлиненные солнечные элементы. Объединив краситель-сенсибилизированные солнечные элементы (dye-sensitized solar cell) с оболочкой оптического волокна, ученые из Технологического института Джорджии продемонстрировали тонкие и гибкие солнечные батареи, эффективность которых, как утверждается, в шесть раз выше, чем у плоских солнечных элементов из аналогичных материалов. «Мы направляем конец этого волокна прямо на солнце», — говорит профессор Технологического института Джорджии Чжун Линь Ван. «Разместив рядом с волокном электрод, подключенный к внешней нагрузке (external load), можно собирать генерируемый заряд». Ван провел это исследование совместно с коллегами Бенджамином Вайнтраубом и Ягуаном Вэй.

Профессор Технологического института Джорджии Чжун Линь Ван демонстрирует солнечные батареи, изготовленные из материалов оптического кабеля. Краситель-сенсибилизированные солнечные элементы были изобретены в 1990-х годах и представляют собой тонкопленочное решение для солнечной энергетики. В отличие от кремниевых солнечных элементов, использующих дорогие полупроводниковые материалы для выработки электроэнергии, краситель-сенсибилизированные солнечные элементы используют дешевую пленку молекул красителя (dye molecules) на нанопроволоках оксида цинка (nanowires) в электролите, окруженном металлической пленкой. Когда солнечный свет попадает на клетки молекул красителя, они испускают электроны в металлическую пленку, которые затем передаются на внешний электрод.

Одна из проблем традиционных солнечных панелей заключается в том, что падающие фотоны редко успевают возбудить электроны в тонком слое до того, как они превратятся в тепло. Напротив, оптическое волокно дает фотонам больше возможностей для взаимодействия с активным слоем (active layer). Созданный Ваном прототип использует 20-сантиметровые оптические волокна, чтобы обеспечить максимальное поглощение фотонов по всей длине. Эта технология собирает солнечный свет только с кончика волокна, после чего свет проходит вдоль него. В будущих версиях могут использоваться внешние прозрачные металлические оболочки, позволяющие свету проникать как изнутри, так и снаружи. Исследователи также планируют создавать пучковые подсистемы, состоящие из сотен параллельных оптических кабелей.

Команда также намерена повысить эффективность преобразования энергии этих новых солнечных элементов с нынешних 3,3% до 8%, чтобы сделать их коммерчески жизнеспособными. Ван отмечает, что планирует экспериментировать с более дешевыми материалами для оптических волокон и использовать диоксид титана вместо оксида цинка для дальнейшего повышения эффективности.

В практическом применении такие солнечные батареи позволят дизайнерам продуктов разрабатывать коммерческие изделия новых форм. В военной сфере волокнистые солнечные элементы могут быть встроены в оборудование для обеспечения электропитания.