В городе Беркли, который дал миру ЛСД, BSD и мощное антивоенное движение, зарождаются контуры новой энергетики.

Вероятно, Солнце – единственный источник энергии, который достаточно мощен для того, чтобы снять нас с иглы – освободить от зависимости от ископаемого топлива. Но покорение энергии светила зависит от того, сможем ли мы создать технологию изготовления солнечных элементов, столь же сложных и точных, как сегодняшние микросхемы. Современные солнечные элементы стоят почти как компьютерные чипы именно из-за сложности изготовления. А это увеличивает себестоимость электроэнергии, полученной таким путем, настолько, что сегодня она раз в десять дороже, чем энергия, полученная при сжигании ископаемого топлива. Так что на сегодня энергия ближайшей звезды применима разве что на спутниках и в других нишевых приложениях.

Химику из Калифорнийского университета в Беркли Полу Аливисатосу пришла идея создать при помощи нанотехнологий такой фотоэлемент, которым можно будет покрывать огромные поверхности, буквально как краской или пластиком. Преимущество здесь не только в том, что солнечным элементом может стать целое здание, но и в том, что цена такого покрытия будет очень низкой. Возможно, эта технология и поможет совершить прорыв в повсеместном использовании энергии Солнца.

Аливисатос начал с электропроводящих полимеров. Другие уже экспериментировали с подобными пластиками, но даже самые лучшие из созданных ранее устройств не справились с задачей и эффективного преобразователя света в электричество не получилось. Для увеличения эффективности процесса Аливисатос и его коллеги добавили в вещество наностержни. Это полупроводниковые неорганические кристаллы в форме стержня, размером всего 7 на 60 нанометров (нм). Получился дешевый и гибкий материал, КПД которого очень близок к сегодняшним солнечным элементам. Изобретатель надеется, что через три года основанная им фирма Nanosys выпустит на рынок технологию производства солнечной энергии, которая сможет поспорить в эффективности с кремниевыми элементами.

Пока что он сделал прототип солнечного элемента – листы полимера с наностержнями толщиной всего 200 нм. В этих листах тончайшие слои электродов перемежаются с композитным материалом. Когда на листы попадает солнечный свет, они поглощают фотоны, возбуждая электроны внутри полимера и в наностержнях, которые составляют свыше 90% материала. В результате получается полезный ток, который уводят электроды.
Первые результаты были сочтены многообещающими. Но теперь исследователи идут на разные ухищрения с целью повысить производительность материала. Во-первых, Аливисатос и его коллеги перешли на новый материал, из которого изготавливаются наностержни. Это теллурид кадмия. Он поглощает больше солнечной энергии, чем селенид кадмия, который использовался изначально. Во-вторых, ученые располагают наностержни в форме ветвящихся скоплений, что также позволяет проводить электроны более эффективно, чем это делали бы наностержни, расположенные случайным образом. «Мы всё просчитали на компьютере», – поясняет Аливисатос. И добавляет, что не видит причины, по которой бы солнечные элементы не могли вырабатывать столько же электричества, сколько могут сегодняшние очень дорогие кремниевые элементы.

Разрабатываемый материал можно будет раскатывать, печатать при помощи струйного принтера или даже подмешивать в краску. «В результате любой плакат или стена сможет стать солнечным элементом», – говорит директор бизнеспроектов компании Nanosys Стивен Эмпедокль. Он предсказывает, что дешевые материалы для солнечных элементов создадут рынок, который можно оценить в $10 млрд в год. Это во много раз больше, чем рынок современных солнечных батарей.

Наностержни Аливисатоса – не единственная технология удешевления электроэнергии, полученной из солнечного света. И даже если его технология не станет доминирующей в этой сфере, исследования его группы все равно замечательны тем, что она привлекает нанотехнологии к решению привычной проблемы. Одно это, возможно, станет угловым камнем в решении данной задачи. «Будут, конечно, и другие группы исследователей той же проблемы. Они придумают что то, до чего не додумались мы, – говорит Аливисатос. – Новые идеи и новые материалы открыли эпоху перемен. Правильный путь – это придумывать и пробовать».
Благодаря нанотехнологиям новые идеи и новые материалы могут изменить рынок электроэнергии, полученной из солнечного света. Сегодня его можно сравнить с дорогими бутиками, а завтра, кто знает, он может превратиться в сеть крупных супермаркетов.