Солнечные коллекторы самого первого поколения производились, как и микропроцессоры компьютеров, на базе монокристаллов чистого кремния. Они имели высокие эксплуатационные свойства, но стоили слишком дорого.

Изготовление солнечных коллекторов второго поколения происходило из нескольких тонких слоев кремния низкого качества. Они дешевле, но уступают предшественникам значительно по эффективности преобразования энергии солнца в электроэнергию.

Сегодня инженеры разрабатывают коллекторы третьего поколения, которые смогут взять все самое лучшее у первого и второго поколений – высокий КПД и низкую стоимость.

«Мы стараемся изготовить солнечные коллекторы следующего поколения, которые были бы не дороже сегодняшних тонкослойных элементов, но намного эффективнее, т.е. обладали бы более высоким КПД», - объясняет Мартин Грин, австралийский инженер из Сиднейского университета.

Грин в своей работе делает ставку на новый вид кремния – нанокремний. Это очень мелкие частицы, диаметр которых всего лишь несколько нанометров, так называемы «квантовые точки».

• Цены на солнечную энергию более конкурентны, чем принято думать
• Хевел завершает возведение завода, который будет производить солнечные модули
• Фотохимические и органические солнечные модули: фотовольтаический взгляд
• Учёные разработали солнечные элементы с жидкими нанокристаллами
• Ученые разработали дешевую и высокоэффективную солнечную технологию
• Ученые изобрели более дешевый и устойчивый аналог панелей
• Устройство солнечной батареи и солнечной панели
• Улучшение измерений мощности может ускорить развитие солнечных элементов

Крупицы нанокремния, которые насчитывают максимум несколько сотен атомов, реагируют на свет солнца совсем не так, как кремний в макроколичествах. Например, они могут преобразовывать в электрическую энергию еще и ультрафиолетовую часть излучения, обычный же кремний применяет в основном инфракрасную область солнечного спектра. Данное обстоятельство подтолкнуло Мартина Грина на мысль об изготовлении солнечных коллекторов по принципу сэндвич-конструкции в два слоя, которая дает возможность применять солнечный свет «дважды».

Наружный слой, где содержатся мелкие частицы кремния, преобразует в электричество высокочастотные (фиолетовую, ультрафиолетовую и синюю) части солнечного спектра, а второй слой, внутренний, где содержатся крупные частицы кремния, - низкочастотные (инфракрасную, красную и оранжевую) части спектра.

«Некоторое время назад мы доказали, что в принципе квантовые точки могут преобразовывать световую энергию в электроэнергию, - рассказывает Мартин Грин. – Сейчас же мы создали прототип такого изделия, и он работает именно так, как мы и предполагали. Правда, пока коэффициент полезного действия данного прототипа мал – менее 10%. Но мы планируем выйти на показатель 15-20%».

По прогнозам, коллекторы на базе нанокремния на крышах домов смогут появиться не раньше, чем через десять лет. Но сама идея сэндвича является перспективной. На него также делает ставку и Андреас Бетт, сотрудник Института солнечных энергетических систем им. Фраунгофера во Фрайбурге (Германия).

«Наш сэндвич имеет три слоя, - объясняет разработчик, - Верхний слой использует наиболее эффективно синий свет, средний слой – красный свет, а нижний слой - инфракрасный».

Экспериментальный солнечный коллектор Андреаса Бетта пока изготовлен не из кремния, а из дорогостоящих материалов на базе соединений индия и галлия, а солнечные лучи фокусируются специальными линзами, поэтому интенсивность света повышается в 500-1000 раз.

«Мы получили в результате КПД в 41,1%, - говорит Андреас. – Это абсолютный рекорд по всему миру в том, что касается эффективности преобразования энергии солнца в электроэнергию, причем вне зависимости от метода преобразования. Но это тоже не является пределом. Мы до сих пор применяли лишь три слоя разных материалов, а их можно использовать и четыре, и пять, и шесть. Таким образом, мы можем повысить КПД и до 50%».