ФЭС на все руки

Учёные-исследователи из Национальной лаборатории им. Лоренца в Беркли и Объединённого центра по искусственному фотосинтезу при Министерстве энергетики США создали гибридную фотоэлектрическую-фотоэлектрохимическую (hybrid photoelectrochemical and voltaic, HPEV) ячейку, которая преобразует солнечный свет и воду сразу в два энергоносителя: электрический ток и водород.

Фотоэлектрохимические системы, предназначенные для электролиза воды за счёт энергии нашего светила, обычно состоят из множества активных слоёв, оптимизированных под разные составляющие солнечного спектра - инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые лучи. Каждый слой поглощает свой свет, генерируя определённое напряжение. Суммарного напряжения, полученного с нескольких слоёв, обычно бывает достаточно для поддержания электрохимической реакции электролиза воды.

Как утверждает учёный-исследователь лаборатории Гидеон Сегев, мощность подобной фотоэлектрической системы используется в небольшой степени из-за того, что ячейка питает плохо согласованную с ней нагрузку. «Представьте, что вы ведёте автомобиль, используя лишь одну первую передачу, - говорит Гидеон Сегев. - Кремниевый фотоэлемент нагружен не полностью, и большинству возбуждённых электронов просто некуда деваться, так что они впустую теряют свою энергию».

Учёные Технического университета Мюнхена и калифорнийской технологической компании Emerging Futures предложили простое решение сложной проблемы: предусмотреть отдельный выход для «лишних» возбуждённых электронов. Добавив второй контакт с тыльной стороны ячейки, исследователи смогли разделить генерируемый электрический ток на два направления.

В лаборатории был изготовлен прототип HPEV-ячейки с применением таких материалов, как висмут, ванадий и кремний, который показал впечатляющие результаты: 6,8% солнечной энергии тратились на электролиз, 13,4% - выводилось на внешнюю электрическую нагрузку. Общий КПД системы достиг достойного уровня - 20,2%.