Корейцы утопили солнечную батарею с неожиданным профитом.

Корейцы утопили солнечную батарею с неожиданным профитом. 

Если вы когда-нибудь видели солнечную электростанцию, то знаете, сколько там геморроя уходит на очистку от пыли, снега и прочих штук, подло падающих с неба. Надо или специальный веник, или роботов, или Василича, или ещё что-то не менее инновационное. 

Тут решили, что можно положить панели на дно бассейна. 

Взяли самую обычную солнечную панель, покрыли её тонким слоем оксида галлия — и внезапно оказалось, что такая ячейка работает лучше и производит больше электричества, чем на воздухе.

Проблемы обычных панелей:
— Часть света отражается от поверхности панели и не используется.
— На поверхности кремния есть дефекты, где электроны и дырки (положительные заряды), созданные светом, могут встретиться и исчезнуть, не создав полезного тока.
— Прямой контакт с водой (типа дождя) может повредить панель и ухудшить её работу.

Возможно, они сначала искали просто защитный слой, а потом докрутили идею. 

Слой оксида галлия всего 2,3 нанометра (это примерно 10-15 атомов в толщину), накатывается он поверх обычного антибликового слоя из нитрида кремния.

Напечатали контейнер, залили водой и положили в него ячейку. Померили параметры с плёнкой и без, в воде и на воздухе. 

И — та-дам! — числа:
— Просто ячейка на воздухе: КПД 17,87%
— Ячейка с Ga₂O₃ на воздухе: КПД 19,04% (оксид галлия уже дает прирост).
— Просто ячейка в воде: КПД 19,36% (вода сама по себе улучшает работу за счет оптики).
— Ячейка с Ga₂O₃ в воде: КПД 21,56%.
Подросли и другие параметры, но это самое впечатляющее. 

— Оксид даёт антибликовое покрытие. Снижает отражение света, причём особенно в ультрафиолетовой части спектра. Больше света поглощается — больше энергии вырабатывается.
— Оксид галлия "залечивает" дефекты на поверхности кремния. 
— Коэффициент преломления воды ближе к коэффициенту преломления солнечной ячейки, чем у воздуха. Поэтому при погружении в воду свет меньше отражается от поверхности.
— У ячейки, погруженной в воду и освещенной светом, резко падает внутреннее сопротивление. Это значит, что зарядам становится намного легче двигаться внутри ячейки и достигать контактов.
— Самый интересный эффект — создание "электрического двойного слоя". На границе между Ga₂O₃ и водой молекулы воды (которые полярны) выстраиваются особым образом. Они создают тончайший слой, похожий на микро-конденсатор. Этот слой улучшает разделение зарядов. Он создает дополнительное электрическое поле, которое помогает "расталкивать" созданные светом электроны и дырки и направлять их к контактам. Он же увеличивает ёмкость, потому что система начинает работать эффективнее, накапливая и перераспределяя заряды на границе раздела. 

В 20-х годах в Индии уже исследовали ячейки в воде, но их интересовала очистка и охлаждение, и предложили топить панели почаще.

Интересно, что в темноте эта ячейка в воде имела более высокое сопротивление, чем на воздухе. Вероятно, формирующийся электрический двойной слой без света может даже немного мешать переносу заряда, действуя как барьер. Но как только ячейку освещали, ситуация кардинально менялась. Сопротивление в воде резко падало.

Дальше соединили последовательно 10 таких гибридных ячеек, подключили их к модулю зарядки TP4056, смогли успешно заряжать обычный литий-ионный аккумулятор на 5000 мАч. Теперь ходят с этим аккумулятором и просят денег на целую станцию. Ну или хотя бы контракт на панели для буёв, подводных датчиков и для дождливых солнечных регионов.

Вероятно, в стоячих бассейнах действительно не попрёт, а вот в проточной воде — выглядит интересно.

-- 
Вступайте в ряды Фурье! Нынче инопланетяне не похищают людей так часто, как раньше. Похоже, мы не единственная планета, где сокращают финансирование космических исследований.