CC BY
14ФОРМИРОВАНИЕ ДЕШЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ИЗ НАНОКОМПОНЕНТОВ РАСТЕНИЙ
Дворцевая1 Н.А. школьница, Винокуров2 С.А. Классен2 Н.В.
1- Физмат лицей, Сергиев Посад 2- Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, klassen@issp. ac. ru
DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10047
Развитие солнечной энергетики - один из наиболее перспективных вариантов совместного решения глобальных энергетических и экологических проблем. Но этот путь наталкивается на серьезное препятствие в виде высокой себестоимости производства полупроводниковых солнечных батарей. Наряду с исследованиями по его удешевлению актуальны поиски альтернативных вариантов преобразования солнечного света в электричество. Среди них особо привлекателен созданный природой процесс разделения электрических зарядов при поглощении света тилакоидными органеллами зеленых компонентов растений. Свободные электроны, образуемые при этом, особым типом белков переносятся изнутри тилакоида на внешнюю сторону его оболочки. При этом внутри остаются положительные протоны, т.е. происходит разделение зарядов, аналогичное процессу в полупроводниковых p-n переходах. Но для получения на этом процессе макроскопической электрической поляризации, необходимой для генерации электроэнергии, необходимо расщепить тилакоиды и переориентировать их планарные оболочки так, чтобы все они стали преимущественно направлены отрицательными поверхностями в одну сторону, а положительными - в противоположную. Наши эксперименты показали, что такого рода расщепление тилакоидов и последующая переориентация их расщепленных оболочек происходит при облучении водных суспензий с растертыми зелеными листьями красным или синим лазерами. После такой обработки наблюдается образование оптически анизотропных кристалликов размерами от десятков до сотен микрон. Это объясняется трехстадийным процессом: сначала при лазерном облучении поляризуются тилакоиды, затем в результате кулоновского отталкивания между оставшимися внутри положительными зарядами тилакоиды лопаются, образуя электрически поляризуемые пластинки. На третьей стадии под действием кулоновского притяжения между отрицательными и положительными зарядами противоположных сторон эти пластинки объединяются в многослойные стопки, наблюдаемые в поляризационном микроскопе как анизотропные кристаллики. Для сборки солнечной батареи из таких кристалликов остается сориентировать их электрическим полем и соединить их положительные и отрицательные грани с внешними электродами для получения при освещении электрического тока. Такие батареи могут стать намного дешевле полупроводниковых.
Работа частично поддерживалась грантом РФФИ 16-29-11702.
93
