Спрос на возобновляемые источники энергии растёт. Солнечные панели могли бы заменить стёкла в тепличных комплексах и производить энергию для подсветки овощей или зелени. Но есть проблема: как сделать так, чтобы они не блокировали солнечный свет, необходимый растениям?
Группа учёных из университетов США, Китая и Турции нашли решение проблемы. Они создали технологию, которая позволяет увеличить количество полупрозрачных органических солнечных элементов на основе углерода. В обычных солнечных панелях применяются неорганические вещества. Статья, в которой рассказывается о результатах научного исследования, опубликована в журнале Nature Sustainability.
Исследователи включили в материал для покрытия панелей L-глутатион, который является антиоксидантной пищевой добавкой. Обычный БАД продлил срок службы солнечных элементов, повысил их эффективность и светопроницаемость. Авторы исследования построили прототип теплицы размером с небольшой кукольный домик и высадили в него растения. Крыша мини-парника была сделана из солнечных панелей с плёнкой из L-глутатиона. Учёные на практике убедились, что экспериментальные панели пропускают достаточно солнечного света. По их мнению, органические материалы идеально подходят для агровольтаики из-за их селективности поглощения света. Главное препятствие для их широкого использования — недостаточная стабильность.
Органические солнечные элементы, как правило, разлагаются быстрее, чем их неорганические аналоги, поскольку солнечный свет может вызвать окисление органики. Исследователи обнаружили, что дополнительный слой L-глутатиона предотвращает окисление других материалов в солнечном элементе, в результате чего органические элементы сохраняют эффективность более 80% после 1000 часов непрерывного использования. Без дополнительного слоя этот показатель составил всего 20%.
Исследовательская группа также сравнила рост обычных культур, включая пшеницу, бобы мунг и брокколи, в двух теплицах. В одной из них была прозрачная стеклянная крыша с сегментами неорганических солнечных элементов. Крышу второй теплицы изготовили из полупрозрачных органических солнечных элементов. Урожайность в теплице с солнечными панелями из органического материала была больше, чем в обычной теплице. По мнению авторов исследования, слой L-глутатиона блокирует ультрафиолетовые лучи, которые могут подавлять рост растений, и инфракрасные лучи, способные приводить к перегреву теплиц и, соответственно, большому расходу воды для полива.
Такой результат оказался неожиданным. Поэтому учёные повторили эксперимент ещё раз, и оказалось, что растениям не нужно столько солнечного света для роста, как предполагали исследователи. На самом деле чрезмерная инсоляция может принести больше вреда, чем пользы, особенно в регионах с жарким климатом.
Сейчас авторы исследования основали стартап в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, целью которого является расширение производства органических солнечных элементов.