Исследования в области тонкопленочных солнечных элементов включают в себя укладку тонкого кремниевого слоя толщиной всего лишь два микрона на дешевое стекло или керамику. Таким образом достигается эффективность 8 и 6,4 процента соответственно.
Несмотря на то, что эти результаты не дотягивают до тех, которые были получены с использованием поликристаллических подложек, Бьюкарн считает этот уровень эффективности самым лучшим для дешевых материалов. Он уверен, что в ближайшем будущем уже можно будет достичь уровней эффективности, сравнимых с традиционными кремниевыми элементами. Пластмассы Помимо этого можно использовать пластмассы. Компания Konarka, уходящая корнями в университет штата Массачусетс, исследует полупроводниковые полимеры. Работа основана на революционном исследовании Алана Хигера, получившего в 2000 году Нобелевскую премию в области химии за открытие и разработку проводящих полимеров. Он является соучредителем компании и ее ведущим ученым. Эффективность полимера на основе кремния от компании Konarka усиливается при помощи квантовых точек – сконструированного на наноуровне материала, который усиливает способность солнечных элементов получать энергию из более широкого оптического спектра. Теоретически квантовые точки могут увеличить их эффективность в условиях окружающего света. Другим серьезным преимуществом технологии от Konarka является то, что солнечные элементы на основе полимера можно производить в виде постоянного процесса «roll-to-roll» (рулон за рулоном), который, по заявлениям компании, характеризуется меньшей стоимостью и капиталоемкостью, чем многоэтапная сборка традиционных солнечных элементов. К тому же, солнечные элементы можно окрасить, придать им форму и обрезать их для соответствия месту установки. Аналогично большинству пластмасс и в отличие от хрупкого кремния, солнечным элементам компании Konarka на основе полимера можно придать форму устройства. Контролируя энергию Степень эффективности этих элементов не имеет значения; другой проблемой является то, что уровень доступного солнечного излучения будет значительно изменяться, и при этом напряжение будет варьироваться от доли вольта до нескольких вольт. Поэтому электрическое напряжение устройства придется стимулировать до соответствующего уровня с помощью повышающего конвертера (преобразователь мощности, в котором выходное напряжение постоянного тока превышает входное напряжение постоянного тока). Подобное стало возможным лишь недавно. В прошлом апреле производитель полупроводников Texas Instruments вывел на рынок, повышающий DC/DC преобразователь с низким входным напряжением, который позволяет потреблять энергию у источников переменной энергии, таких как солнце. Небольшая силовая цепь работает с входным напряжением менее 0,3 В – что позволяет проектировщикам преодолеть барьер низкого напряжения.
Способность устройства работать от одного солнечного элемента устранит потребность в сериях из множества элементов, а также устранит необходимую защитную схему, входящую в систему последовательного соединения. «Можно использовать большое количество элементов для повышения напряжения, но если сделать это, то портативное устройство придется увеличить в размерах и повысить его сложность», добавляет Александр Фрибе, инженер по маркетингу продукции в компании Texas Instruments. В противоположность этому сегодняшние повышающие преобразователи могут лишь поддерживать входное напряжение, начиная с 0,7 В при запуске на уровне 0,9 В – хороший показатель для первичных элементов аккумуляторных батарей или линий энергоснабжения. Но это недостаточно низко для поддержки одного солнечного элемента. Сюда также относится уникальный режим понижающего преобразования, который помогает защищать устройства, если уровень конвертированной энергии от солнечного элемента превысит выходное напряжение. Влияние солнечной энергии Никто не говорит, что солнечная энергия может полностью заменить сетевое электричество для портативных устройств, но воздействие гелиотехнологий - если их внедрить в повседневные вещи, например в мобильные телефоны и МР3-плееры – может стать значительным, так как для этих устройств требуется все больше энергии. К тому же, ожидается, что область солнечной энергии в ближайшем будущем не сможет развиться настолько, чтобы ее можно было использовать в более крупных портативных устройствах, таких как ноутбуки. Даже в режиме ожидания они могут потреблять до нескольких ватт. «Разработчики портативного оборудования, включая тех, которые работают в областях портативного медицинского, беспроводного и аудио оборудования, по-прежнему ищут способы применения технологий солнечных и топливных элементов для того, чтобы продлить сроки службы батарей и дифференцировать свои продукты», объясняет Уве Менгелькамп, возглавляющий DC/DC подразделение в компании Texas Instrument. Поэтому производители сосредоточены на том, чтобы продлить автономную работу своих устройств еще на несколько часов. И хотя компании Nokia, Sony и Apple пока не внедряют в свои изделия солнечные элементы, инженеры уверены, что это произойдет очень скоро. Представители IMEC заявляют, что их исследования позволят разработать конкретные продукты через три года, но Konarka надеется начать поставки своих солнечных элементов ‘PowerPlastic’ в следующем году. Texas Instruments, один из первых разработчиков калькуляторов на солнечных батареях, уже производит свои повышающие преобразователи и заявляет, что мир увидит первые мобильные телефоны на солнечной энергии менее чем через год. То, что продавцы потребительской электроники сосредоточены на увеличении срока работы батарей, повышает достоверность заявлениям производителей компонентов. Но мы уже проходили нечто подобное три года назад, во время кампании по интеграции в портативные устройства топливных элементов. Вероятность того, что интеграция солнечной энергии произойдет, все-таки выше, так эта технология преодолела один значительный барьер, чего пока не сумели сделать топливные элементы – уменьшение опорной поверхности. Крис Сангани
www.newchemistry.ru | 
