Главная проблема наземной фотовольтаики всего одна, но в рыночном плане пока почти смертельная: высокая цена в любой валюте за один ватт (пиковый) установленной мощности. Пиковый ватт – это когда солнце в зените (а не сбоку) и нет облаков. Короче, когда солнечный элемент (СЭ) (или панель-батарея) выдаёт всё, что может. И хотя цена эта стабильно снижается по мере роста производства (см. Рис. 1 [1]), она всё равно остаётся слишком большой (раз в 5) по сравнению с ваттом «грязной» угольной электроэнергетики и не менее грязной мазутной

Рис. 1. Путь к достижению паритета в стоимости электрической и традиционной электроэнергии

Принято различать фотовольтаику неорганическую и органическую. Неорганические СЭ изготаливают из Si, GaAs, CdTe или СuInGaSe2. Тогда как органические СЭ, естественно, изготавливают из органических веществ с непроизносимыми названиями, типа «1-(3-метоксикарбонил)-пропил-1-фенил-(6,6) С61». Понятно, что вся эта «полупроводниковая» органика в смысле кпд (4–5%) ни в коей мере не конкурент настоящим полупроводникам (см. табл. 1) [2].

И никто бы на неё и внимания не обращал, если бы не одно, но большое «НО». В разы уступая по кпд, пластики в десятки раз выигрывают по стоимости. Их можно печатать, как газету. А потребителю, как ни странно, важна цена, а не последние достижения в полупроводниковой микроэлектронике, включая молекулярно-лучевую (МЛЭ) или металло-органическую газофазную эпитаксию (МОС-ГФЭ). Потребителю нравится когда «числом поболее, ценою – подешевле». И тут органика даст фору любому твёрдому полупроводнику. К примеру, «солнечный» зонтик, покрытый гибкими органическими низкоэффективными СЭ, вполне способен подзаряжать ваш мобильник прямо на пляже. А стоит он ненамного дороже обычного зонта. А если вы обзаведётесь тентом (площадью ~ 2–3 м²) всё с теми же органическими СЭ на нём, то в вашем переносном Пелетье-холодильнике всегда будет холодное пиво, даже при +40°С снаружи. Ну, кто ж не захочет воспользоваться этим удовольствием?

Вездесущие аналитики потребительского рынка уже прикинули, что для широкой коммерциализации органических СЭ надо, чтобы их кпд был больше 7%. И в этом отношении 2007 год стал одновременно и очень многообещающим и скандальным [3]. Просто потому, что именно в прошлом году органическая фотовольтаика сделала несколько серьёзных заявок на своё место под солнцем. Рекорд следовал за рекордом, а Министерство энергетики США начало конкретно благоволить к соискателям миллионно-долларовых грантов, если они в своих заявках обещали сделать что-нибудь органически-гибкое и дешёвое, работающее от солнечного света.

Главным возмутителем спокойствия выступила группа проф. Дэйвида Кэррола (см. рис. 2) из небольшого американского университета (Wake Forest University), который расположен в городке Winston-Salem (эти слова знакомы всем курильщикам мира), в штате Северная Каролина. В апреле 2007 года они опубликовали в Appl. Phys.Letters три странички про органический СЭ с кпд 6%. [4]. Тут самое время напомнить, что полупроводниковая фотовольтаика началась в 1953 году всё в той же Bell Laboratories (где пятью годами раньше изобрели транзистор) с кремниевого p-n–переходного СЭ с кпд ~ 6%![5].

Рис. 2. Проф. Дэйвид Кэррол [3], в группе которого как будто бы сделан органический СЭ с рекордным 6% кпд, но снят он на фоне установки МЛЭ стоимостью 106 $

И тут – редчайший случай в истории Appl. Phys. Lett.! На публикацию последовали два комментария, в которых высказывались обоснованные сомнения по поводу этих самых 6%. Причём один (первый по времени присылки в редакцию и всего несколько строк [6]) был от главного «тестера» всех рекордных СЭ мира, Кейта Эмери, который является директором наиболее авторитетной сертификационной лаборатории в мире по любой фотовольтаике (см. Рис. 3), входящей в состав государственной «Национальной Лаборатории по Возобнавляемой Энергетике» (NREL) Министерства энергетики США, а второй, можно сказать, от собратьев по классу, т.е., от органических фотовольтаиков из Германии [7].

Рис.3. Кейт Эмери – один из главных экспертов по кпд любой фотовольтаики в мире

Причём все знают отношение Эмери к солнечным элементам: «Я не потерплю любого в моей лаборатории, если он займётся изготовлением СЭ» (цитата) [3]. Кстати, протестируют ваш СЭ в NREL совершенно бесплатно, только в очереди придётся постоять от 2-х до 8-ми недель, т.к. очень многие хотят знать его авторитетное экспертное мнение (отметим также, что и разочарованных оценкой немало). Так вот, суть претензий в комментариях сводилась к тому, что опубликованные в [4] спектральные кривые внешнего квантового выхода никак не согласовывались с величинами фототока на вольт-амперных характеристиках, представленных там же. На замечания К. Эмери авторы [4] не нашли, что возразить, а германским коллегам ответ не замедлил появиться [8]. Если не вдаваться в технические детали, то ситуация после этого ответа почти в точности соответствует притчевой из Ходжи Насреддина: «И шах прав, и осёл прав».

Проблема, тем не менее, обозначена и состоит в том, что очень многие пластиково- фотовольтаические исследователи сплошь и рядом спешат с публикацией своих «рекордов», не проверив их, как следует. И это идёт не на пользу пластиковой фотовольтаике, а только вредит, ибо чревато подрывом доверия у инвесторов и венчурных капиталистов, которые уже вложили сотни миллионов долларов в это дело [3,9]. Примечательно, что обе ведущие фирмы по пластиковой фотовольтаике (Konarka и Flextronics) прежде чем опубликовать рекламу своих очередных достижений, тестируют свои изделия в NREL.

Автор – С. Чикичев

• 1. R.F.Service. Can the upstarts top silicon? Science, v.319, pp.718–720 (2008)
• 2. M.A.Green, K.Emery, Y.Hishikawa, W.Warta. Solar cells efficiency tables (version 31). Progress in Photovoltaics: Research and Applications, v.16, pp.61–67 (2008)
• 3. P. Fairley. Solar cell squabble. IEEE Spectrum, v.45, No 4, pp.37–40 (2008)
• 4. K.Kim, J.Liu, A.G.Namboothiry, David L. Carrol. Roles of donor and acceptor nanodomains in 6% efficient thermally annealed polymer photovoltaics. Appl.Phys.Letters, v.90, 163511 (2007)
• 5. D.M.Chapin, C.S. Fuller, G.L.Pearson. A new silicon p-n junction photocell for converting solar radiation into electrical power. J.Appl.Phys., v.25, No 5, pp.676–677 (1954). (Это письмо редактору, состоящее из 60 строк и одного рисунка поступило в редакцию 11 января 1954 года)
• 6. K.A.Emery. Comment on “Roles of donor and acceptor nanodomains in 6% efficient thermally annealed polymer photovoltaics”. Appl.,Phys. Letters, v.91, 266101 (2007)
• 7. M.K.Riede, T.Mueller, B.Maennig, K.Leo, K.O.Silvester-Hvid, B.Zimmermann, M.Niggemann, A. Gombert. Comment on “Roles of donor and acceptor nanodomains in 6% efficient thermally annealed polymer photovoltaics. Appl.Phys.Letters, v.92, 076101 (2008)
• 8. David L.Carrol, J.Liu, M.Namboothiry, K.Kim. Response to “Comment on “Roles of donor and acceptor nanodomains in 6% efficient thermally annealed polymer photovoltaics””. Appl.Phys.Letters, v.92, 076102 (2008)
• 9. Gilles Dennler et al. The value of values. Materials Today, v.10, No 11, p.56 (2007)