Газета Красный Север. Последние новости.Сайт издательства

Ловец квантов

Швейцарские студенты экспериментируют в лаборатории Федеральной политехнической школы Лозанны, замешивая пасту из белого порошка - диоксида титана. Такие белила обычно добавляют в зубную пасту. Затем юные экспериментаторы наносят пасту на стеклянную пластину и сбрызгивают красным чаем, заваренным на лепестках мальвы. Следующий слой - жидкий раствор электролита, создающий необходимую среду для электрического тока. Первая подложка готова. Теперь над ней устанавливают вторую, тоже стеклянную, но покрытую графитом, у которого высокая электропроводность. Получается цветочувствительная солнечная батарея, которая называется «ячейка Гретцеля» - в честь ученого, потратившего на ее создание почти всю свою сознательную жизнь.

«Видите, нашу батарейку уже мастерят на уроках», - радуется автор изобретения. Профессор - химик Михаэль Гретцель возглавляет лабораторию в Федеральной политехнической школе Лозанны. Недавно он стал лауреатом премии «Технология тысячелетия», аналога Нобелевской премии для инженеров. Все началось 20 лет назад, когда Гретцель заинтересовался одним полупроводником - титановыми белилами, растертыми в порошок. Как известно, полупроводники проводят электричество только при заданных условиях. Гретцель разработал метод измельчения титановых белил до мельчайших частиц, размер которых не превышает 20 - 30 нанометров. Они становятся такими мелкими, что водный раствор с порошковыми белилами остается прозрачным.

Гретцель добавил в белила натуральные красители вроде тех, что содержатся в ягодах и лепестках цветов, - они хорошо собирают солнечные лучи. Затем выставил тонкий слой полученной смеси на свет. Тут-то его и ждал сюрприз. На свету электроны пришли в возбужденное состояние и в доли секунды переместились из красителя в белила. Наночастицы диоксида титана впитали дополнительную энергию как губка. Гретцель подвел к белилам электрический провод - и вот уже возник постоянный ток. Это стало первым шагом на долгом пути к созданию новейшей технологии.

Возможно, Гретцель создал будущее человечества. Мелкий порошок действительно может стать основой солнечной энергетики. «Ячейка Гретцеля», в отличие от кремниевых панелей, «имитирует самый настоящий фотосинтез». Ученый с гордостью отмечает: «Никаких дорогих кристаллов, только самый обычный краситель. Его молекулы поглощают свет точно так же, как зеленые листья». Полученный от света электрический заряд передается через белила на провода, подключенные к электроприборам.

Новейшие «ячейки Гретцеля» способны перерабатывать более 11 процентов солнечной энергии. Конечно, по мощности они вдвое уступают лучшим современным панелям из кристаллического кремния. Но выращивание кремниевых кристаллов почти стопроцентной чистоты - дорогостоящее занятие.

А светочувствительные батарейки может сделать даже школьник, причем из экологически чистых материалов. Кроме того, они почти не ломаются. «Наши прозрачные ячейки прекрасно подойдут для стеклянных фасадов, - дает волю фантазии Михаэль Гретцель. - А полученное с их помощью электричество можно использовать для подзарядки батарей, а значит, и для современных гибридных автомобилей. Тогда большая часть городского транспорта переключится на энергию Солнца».

Гретцель не испытывает особых иллюзий: «До промышленных масштабов пока далеко. Солнечная энергетика еще не достигла такого уровня мощности». Человечество сейчас потребляет около 15 ТВт, причем на долю фотовольтаики пока приходится не более одной тысячной от этого объема. Тераватт соответствует 1000 Вт.

Тем не менее Гретцель, как и многие его коллеги, «абсолютно уверен»: уже в скором будущем солнечная энергетика сможет покрыть четверть мировой потребности в электрической энергии. Если, конечно, человечество найдет эффективный способ хранения солнечной энергии. Дело в том, что у всех солнечных батарей есть один недостаток - выработанная ими энергия пригодна только для непосредственного использования. А чтобы расходовать солнечную энергию по мере необходимости, нужен накопитель. Поэтому дальнейший успех «ячейки Гретцеля» зависит от ученых, моделирующих второй этап фотосинтеза. Разложение воды на составные элементы поможет сохранить собранную световую энергию рядом с коллектором - в виде водорода. Так, как это делает в США друг Михаэля Гретцеля - Дэниел Носера.