Неожиданные ингредиенты, улучшающие солнечные элементы

Ряд кулинарных ингредиентов нашел применение для повышения эффективности солнечных панелей. Ученый по солнечным элементам Джон Мейджор объясняет почему.

Многие изобретения, от газированных напитков до чипсов, славятся своими необычными и часто тщательно охраняемыми ингредиентами, но солнечные батареи обычно не находятся в верхней части этого списка. Однако несколько пищевых ингредиентов оказались неожиданно полезными при добавлении к солнечным элементам.

В зависимости от того, что вы любите есть, велика вероятность, что вы найдете хотя бы один из них дома. Было обнаружено, что капсаицин, химическое вещество, придающее перцу чили остроту, улучшает перовскитные солнечные элементы — устройства, из которых состоят солнечные батареи.

Добавление капсаицина расширяет зерна, составляющие активный материал солнечного элемента, что позволяет ему более эффективно транспортировать электричество. Что еще более важно, материал переходит от недостатка электронов к избытку, который меняет работу элемента и позволяет большему количеству солнечного света преобразовываться в электричество. По сути, добавление капсаицина добавляет электроны (что может быть, а может и не быть тем же эффектом, который вы испытываете на языке после особенно острого бирьяни).

Почему вообще решили добавлять перец чили в солнечную батарею?

Клетки, содержащие капсаицин, являются одними из самых эффективных. Добавление этого химического вещества из перца чили может на самом деле быть путем к повышению производительности солнечных батарей, а не трюком, чтобы захватить заголовки газет.

Но зачем вообще добавлять перец чили в солнечную батарею? К сожалению, исследователи не поделились своим мыслительным процессом. 

В 2014 году была опубликована статья, демонстрирующая, как соединение под названием хлорид магния может значительно снизить стоимость солнечной энергии. Не слышали о хлориде магния? Что ж, если вы веган, вы, вероятно, когда-то употребляли его.

Эта соль не слишком отличается от поваренной соли (хлорида натрия), и ее можно извлечь из морской воды. У нее много применений, но одно из самых популярных — в японской кулинарии, где оно известно как нигари и используется в качестве коагулянта для загущения тофу. Открытия привели к тому, что в средствах массовой информации начали освещать «солнечный тофу».

Популярный ингредиент в японской кулинарии, нигари, также показал себя многообещающим в улучшении работы солнечных батарей — и он тоже имеет приятный вкус

Означает ли это, что пищевые химические вещества особенно хорошо подходят для исследований солнечных элементов? Не совсем. Это совпадение больше связано с пересечением еды и химии, а также с подходом «что, если», которым руководствуются многие исследователи материалов.

Думайте о солнечных элементах как о пироге

Вы можете подумать, что большая часть исследований солнечных батарей проводится физиками. Отчасти это правда, но исследовательский подход имеет мало общего с работой, проделанной физиками элементарных частиц на большом адронном коллайдере, или космологическими исследованиями. Эти области обычно вращаются вокруг тяжелых вычислений и теоретической работы. 

Исследования солнечных элементов — это действительно вопрос материаловедения, который находится где-то между физикой и химией. Разработка новых технологий или процессов солнечных элементов очень трудоемка, и типичный подход состоит в том, чтобы потратить много времени на тестирование производительности большого числа сопоставимых, но слегка измененных конструкций элементов. Солнечные элементы состоят из уложенных друг на друга слоев различных материалов, и трудно предсказать, что произойдет с производительностью всей конструкции, изменив один компонент.

Если добавить что-то к слою A, и он изменится, то слои B, C и D поверх него, вероятно, также изменятся. Точно так же, если изменить слой C, нужно будет изменить способ создания A или B? А что тогда будет с D? Вы, вероятно, можете понять, насколько сложно это предсказать, и это подпитывает любопытство, стоящее за большинством инноваций в этой области.

Мы не должны удивляться, если в будущем в солнечные элементы попадет больше соединений, содержащихся в пище, поскольку они часто представляют собой органические соединения с полезными свойствами

Думайте о солнечных элементах как о пироге. Чтобы узнать, что произойдет, когда вы добавите новый ингредиент, гораздо надежнее испечь его, а затем попробовать готовую смесь, чем пытаться предсказать его внешний вид и вкус, прежде чем вы его запечете.

В конце концов, пища, которую мы едим, как и солнечные батареи, представляет собой смесь соединений. Хотя мы знаем, что капсаицин из перца чили, на самом деле это просто органическое соединение, которое, по совпадению, обладает особыми свойствами, которые делают его подходящим для обработки солнечных элементов, а также для приправления фахиты.

Эти подходы не такие странные и дурацкие, как могут показаться, когда вы впервые читаете о них. Обычно существует некоторая исходная логика, основанная на внутренней химии этих соединений, и эти полеты научной фантазии часто приводят к интересным открытиям.

Итак, если в ближайшем будущем вы прочитаете статью о солнечных элементах, которые неизмеримо улучшились за счет добавления мускатного ореха или чего-то еще, верьте, что это было сделано в результате осознанного любопытства относительно вероятного эффекта, а не скуки и истекающего срока годности.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ