Углеродные нанотрубки могут заменить традиционные материалы в солнечной энергетике

В солнечной энергетике может появиться технологическое решение, способное изменить подход к созданию и использованию солнечных панелей. Речь идёт о применении углеродных нанотрубок в качестве ключевого элемента гибких солнечных модулей — альтернативы традиционным прозрачным электродам, которые сегодня используются в большинстве фотоэлектрических устройств.

В современных солнечных панелях, включая перспективные перовскитные модули, в роли прозрачного проводящего слоя обычно применяется оксид индия и олова (ITO). Этот материал обеспечивает хорошую проводимость и пропускание света, однако он хрупок, плохо переносит изгибы и требует использования редкого и дорогостоящего индия. Эти особенности ограничивают применение солнечных панелей в гибких и мобильных конструкциях.

Предлагаемое технологическое решение основано на замене ITO на плёнки из одностенных углеродных нанотрубок. Такие плёнки выполняют сразу две функции — пропускают свет и отводят электрический ток, при этом оставаясь гибкими и механически устойчивыми. Углеродные нанотрубки представляют собой сверхтонкие цилиндрические структуры из атомов углерода, обладающие высокой электропроводностью и прочностью.

Практические испытания показывают, что солнечные элементы с нанотрубчатым электродом сохраняют высокую эффективность преобразования солнечной энергии. Показатели превышают 20 %, а на отдельных образцах достигают уровня, сопоставимого с лучшими лабораторными солнечными элементами. При этом ключевое отличие технологии — не рекордные проценты, а устойчивость параметров при механических нагрузках.

В отличие от традиционных решений, панели с углеродными нанотрубками не теряют работоспособность при многократных изгибах. В ходе тестов эффективность сохранялась даже после тысяч циклов сгибания, тогда как аналоги с ITO демонстрировали заметную деградацию. Это делает технологию пригодной для использования в гибких поверхностях, переносных устройствах и конструкциях со сложной геометрией.

Отдельным преимуществом является производственная совместимость. Плёнки из углеродных нанотрубок могут изготавливаться методом рулонного (roll-to-roll) производства — технологии, широко применяемой в электронной промышленности. Такой подход потенциально снижает себестоимость модулей и упрощает масштабирование. Кроме того, углерод является более доступным и распространённым элементом, чем индий, что снижает ресурсную и экологическую нагрузку при производстве.

Гибкие солнечные панели на основе этой технологии рассматриваются как решение для широкого круга задач — от портативных источников питания и носимой электроники до интеграции в фасады зданий, транспорт и временные конструкции. Возможность размещать солнечные элементы там, где невозможно использовать жёсткие панели, расширяет сценарии применения возобновляемой энергетики.

Разработчики подчёркивают, что технология ориентирована на практическое внедрение и рассчитана на интеграцию в существующие производственные цепочки. В случае её промышленной реализации солнечные панели могут стать не только более эффективными, но и более универсальными, что особенно важно для децентрализованных и мобильных энергетических решений.