Томатный пигмент может стать ключом к повышению эффективности солнечных батарей

Jun 09, 2023

ЧОНХО СИН/iStock

Один из основных недостатков солнечной энергетики заключается в различной эффективности солнечных панелей.

Термины «эффективность солнечной панели» и «эффективность солнечного элемента» относятся к количеству солнечного света, которое каждая фотоэлектрическая технология может превратить в полезную энергию.

Обычно эффективность солнечных элементов колеблется от 15 до 22 процентов, в зависимости от размещения, погоды и других природных условий, а также типа используемой солнечной энергосистемы.

Wikimedia Commons/Марк Букавицкий

Однако за последние несколько лет необходимые достижения в области фотоэлектрических технологий помогли увеличить эти цифры.

В 2022 году одно из самых невероятных открытий в этой области было сделано группой китайских исследователей, которые обнаружили, что ликопин, пигмент, придающий помидорам красный цвет, увеличивает эффективность солнечных элементов на основе перовскита с 20,57 процента до 23,62 процента.

Будьте впереди своих коллег в области технологий и инженерии — The Blueprint

Некоторые виды солнечных панелей работают лучше, чем другие.

В настоящее время большинство коммерческих солнечных панелей (около 90 процентов) изготовлены на основе кремния, поскольку это относительно экономичный вариант, поскольку они служат до 25 лет и не требуют длительного обслуживания.

Но они редко превышают КПД 20-25 процентов.

Существует несколько типов солнечных панелей на основе кремния:

Солнечные панели из аморфного кремния. Одна из самых дешевых альтернатив на рынке. Этот тип солнечных панелей содержит тонкие пленки некристаллической формы кремния, называемой аморфным кремнием (a-Si), которая работает как полупроводниковый материал. Эффективность солнечных батарей составляет примерно 6–13 процентов.

Солнечные панели из поликристаллического кремния.Эти солнечные панели содержат фрагменты поликристаллического кремния высокой чистоты, расплавленные вместе в тонкие пластинки, которые образуют солнечные элементы.

Wikimedia Commons/Фото Мариохана

Эти солнечные панели на основе кремния содержат много кристаллов, что затрудняет движение электронов через них. Таким образом, эффективность солнечных панелей этого типа обычно составляет около 13-16 процентов.

Солнечные панели из монокристаллического кремния. Эти солнечные панели, состоящие из чистого монокристаллического кремния, организованного в пластины, имеют темно-черный цвет и КПД примерно 17–24 процента. Однако их производство может быть сложным и дорогостоящим.

Американское общество солнечной энергии

Затем у нас есть перовскитовые солнечные панели, изготовленные из соединений со структурой перовскита в качестве светопоглощающего слоя. Это соединения на основе кристаллической структуры титаната кальция, позволяющей внедрять различные катионы (положительно заряженные ионы).

Перовскитные солнечные панели, изготовленные с использованием перовскитов галогенида свинца, дешевле и более эффективны, чем солнечные панели на основе кремния (коэффициент эффективности составляет около 25 процентов). Однако они легко разрушаются под воздействием влаги, тепла, света и других факторов.

Wikimedia Commons/Stanford ENERGY, Марк Шварц

Из-за короткого срока службы эти солнечные панели в настоящее время неконкурентоспособны на рынке. Тем не менее, другие их характеристики являются многообещающими, и ученые не оставляют поисков новых способов повышения стабильности, долговечности и эффективности панелей.

Именно здесь на помощь приходит ликопин, «томатный пигмент».

Ликопин – природный антиоксидант. Таким образом, он ингибирует окисление, химическую реакцию, ответственную за образование свободных радикалов.

Свободные радикалы — это ионы, атомы или молекулы с нечетным числом электронов. Это делает их нестабильными и может активировать реакции, которые изменяют ДНК, вызывая повреждение клеток живых организмов.

Ликопин присоединяется к свободным радикалам, генерируемым ультрафиолетовым излучением Солнца, делая их более стабильными. Таким образом, пигмент защищает помидоры и другие красные фрукты от ультрафиолетовых лучей, уменьшая повреждение клеток их кожной ткани.

Викисклад/Джефф Даль

Зная это, китайские исследователи предположили, что ликопин может уменьшить деградацию перовскитных солнечных панелей, производимых ультрафиолетовыми лучами, повышая их долговечность.