Регенерация… солнечных панелей. Неожиданный поворот в сфере энергоресурсов.

Новое исследование показывает, что селенид сурьмы – неорганический материал, из которого можно производить солнечные панели, – может «излечить» собственную неизбежную деградацию. 

В результате исследований, проводившихся во многих научных центрах по всему миру, люди смогли увеличить срок службы устройств, преобразующих свет в электричество. На этом поприще было немало сломано копий, однако же и победы оказывались довольно внушительными.

Так, в 2010 году, учёные MIT сумели найти способ по-новому использовать природную способность растений к фотоэлектрической трансформации в старой парадигме солнечных батарей. Как известно, подобные системы подвержены разрушительному влиянию солнечных лучей на материалы, из которых состоят, чем обусловливается их неминуемая деградация, выражающаяся в потере необходимых свойств. У растений, как оказалось, та же проблема, но для её решения они воспользовались исконным своим преимуществом – самой жизнью: постоянно разрушающиеся от света, но весьма эффективные в его захвате молекулы постоянно собираются заново. Это удивительно и здорово, но давайте акцентируем внимание вот на чём: структуры, улавливающие солнечную энергию, у растений всегда совершенно новые.

Разработка, позволившая имитировать описанные процессы в солнечных панелях, потенциально может увеличить срок их службы практически до бесконечности, но она сопряжена с важным недостатком – довольно небольшой энергоэффективностью. Хотя в принципе, достоинство этого успеха гораздо шире: он наметил новую стезю для нанотехнологий. Очень интересную мысль высказал тогда не принимавший участие в том открытии Филип Коллинз, доцент кафедры экспериментальной физики и физики конденсированных сред Калифорнийского университета: «Одно из оставшихся различий между устройствами, созданными руками человека, и биологическими системами – способность к регенерации и самовосстановлению. Устранение этого пробела – одно из обещаний нанотехнологий». Так что можно сказать, что та далёкая уже работа команды исследователей стала одним их первых признаков выхода за рамки пусть и наноразмерных, но всё же простых материалов и композитов.

Те знаменательные первые шаги базировались на органике, и вот теперь – барабанная дробь! – у нас есть неорганические материалы, способные к самовосстановлению!

Чёрные нерастворимые в воде кристаллы вещества, называемого селенидом сурьмы (Sb₂Se₃), представляют собой материал, вполне подходящий для использования в преобразовании световой энергии в электричество, поскольку он неплохо поглощает солнечный свет. Но главное событие, конечно, не столько в этом. По словам команды учёных из Йоркского университета, основным результатом их экспериментов стала перспектива создания не просто высокоэффективных, но и самовосстанавливающихся неорганических материалов. Которые, к тому же, могут снизить затраты на собственное производство и улучшить масштабируемость строящихся из них систем.

«Процесс самовосстановления этого полупроводникового материала очень похож на то, как саламандра может отрастить конечности, когда их отрубают. Селенид сурьмы восстанавливает разорванные связи, образовавшиеся при разрыве, путём образования новых», – поясняетпрофессор физического факультета Йоркского университета Кейт МакКенна.

У большинства других полупроводников разрыв связей обычно протекает чуть не в геометрической прогрессии и приводит к настолько стремительному ухудшению характеристик, что его можно назвать катастрофическим. Исследователи приводят в качестве примера теллурид кадмия (CdTe) — другой полупроводник, который, чтобы решить проблему, нуждается в солидной химической обработке.

Профессор и компанияобнаружили, что кроме селенида сурьмы похожими свойствами обладает и другой, тесно связанный с ним материал, сульфид сурьмы. Они способны восстанавливать разорванные связи с неожиданной лёгкостью. Это удивительно выглядит и фантастически звучит, но наши проводники-побратимы сами производят структурные реконструкции на своих поверхностях, что и устраняет проблемы в их электронных состояниях.

«Эта способность столь же необычна в мире материалов, как и в царстве животных, – говорит МакКенна, намекая на вышеупомянутую гидру, – и имеет важное значение для применения этих материалов в оптоэлектронике и фотохимии».

Учитывая, что полупроводники с ковалентной связью, к которым относится и селенид сурьмы, находят всё более широкое применение, мы можем наконец-то увеличить срок службы космического, медицинского и другого научного оборудования и изобретений. А также и повседневных устройств. Мало того, удобство в масштабируемости, которым нас награждает новая технология, обязательно скажется на экономике, энергетической и экологической стороне издержек на модернизацию технопарков.

Электроника и оптоэлектроника, фотохимия и фотовольтаика, – на стыке этих наук находятся наши перспективы не только в доступе к бездонному колодцу солнечной энергии, но и к большей эффективности, большим возможностям наших устройств. Помня, что во главе технологических прорывов человечества всегда стоял вопрос энергетики, нетрудно предположить, что наша жизнь изменится. А всё почему? Потому что – оказывается – наука перешагнула-таки пропасть между живой и неживой природой. То ли ещё будет!

АРМК, по материалам MIT и Phys.org