Победа над солнцем: кто изобрел кремниевые батареи

Как шла работа над первыми эффективными фотоэлементами, какой мельнице хватало энергии от первого такого устройства и кому работы по фотоэффекту принесли Нобелевскую премию, рассказываем в рубрике «История науки».

25 апреля 1954 года перед членами Национальной академии наук США предстали трое изобретателей из Лаборатории Белла: электрик Дэрил Чепин, физик Джеральд Пирсон и химик Кельвин Фуллер. Пирсон до этого работал в группе Уильяма Шокли, одного из создателей биполярных транзисторов, над схожими проблемами работал и Фуллер, Чепина интересовали альтернативные источники энергии. В 1953 году, услышав, что Чепин пытается усовершенствовать существовавшие на тот момент фотоэлементы, использующие селен, Пирсон предложил ему собственные разработки кремниевых элементов. Коллеги представили самую эффективную на тот момент солнечную батарею.

Результат не заставил себя ждать: тесты показали, что КПД элементов Пирсона составляет 2,3%, то есть в пять раз выше, чем удавалось добиться от селениевых. Чепин тут же забросил их и переключился на исследования кремниевых фотоэлементов. Расчеты показывали, что в идеальных условиях они могут работать с эффективностью в 23%, что звучало весьма многообещающе. Инженер, будучи реалистом, поставил цель достичь 6%, что считалось достаточным, чтобы фотоэлементы стали всерьез рассматриваться как источники энергии.

Чепин вместе с Фуллером и Пирсоном стали пробовать различные материалы и конструкции. Хотя иногда работа стопорилась и инженеры были близки к отчаянию, шаг за шагом они приближался к цели. Заметив, что часть солнечного света отражается, они стали закрывать панели прозрачным матовым пластиком. После серии улучшений инженерам удалось добиться желанных 6%.

Один из сыновей Фуллера, Роберт, рассказывал такую историю: «В 1954 году я приехал на каникулы из колледжа повидать родителей. В тот вечер мой отец, Кальвин Фуллер, пришел домой с каким-то квадратом, из которого торчали провода. Это устройство было присоединено к маленькой электрической мельнице на столе. Он посветил ярким фонариком на эту квадратную штуку, которая была на самом деле солнечной батареей, и крылья мельницы стали поворачиваться. Это было удивительно: свет фонарика давал энергию для крошечной мельницы».

Проверив результаты и убедившись в их надежности, изобретатели продемонстрировали свое детище на пресс-конференции во время ежегодного съезда Академии наук. Руководство лаборатории позаботилось о том, чтобы созданные фотоэлементы стали сенсацией, и им это удалось. На следующий день изобретение попало на первые полосы газет, например The New York Times. Как отмечала газета, создание эффективных фотоэлементов «означает начало новой эпохи, которая приведет к осуществлению одного из заветных желаний человечества — получить от солнца практически неограниченное количества энергии для нужд цивилизации».

Конечно, такие изобретения не делаются на пустом месте. Свою лепту в создание солнечных батарей внес и французский физик Эдмон Беккерель (отец Антуана Анри Беккереля, одного из первооткрывателей радиоактивности), изучавший фотоэлектрический эффект, и английский инженер Уиллоуби Смит, обнаруживший фотопроводимость селена, и американский изобретатель Чарльз Фриттс, создавший первый фотоэлемент из селена с золотом, и немецкий физик Генрих Герц, наблюдавший внешний фотоэффект (его использовал в своем фотоэлементе Александр Столетов, также немало сделавший для исследований в этой области). Поучаствовал в деле и Альберт Эйнштейн, который получил за теоретическое обоснование фотоэффекта Нобелевскую премию. И даже такой внушительный список не может вместить всех, кого стоило бы упомянуть.

Само собой, после демонстрации кремниевых фотоэлементов прогресс только ускорился. Открывшиеся перспективы привлекают как изобретателей, так и инвесторов. Постепенно растет эффективность (она уже превысила 40%), люди находят новые материалы для солнечных батарей. С 1958 года их использовали при создании спутников. В последующие годы ученые пытаются снизить стоимость солнечных батарей, что заметно помогает их распространению. Сейчас фотоэлементы используются начиная от карманных калькуляторов и заканчивая огромными солнечными электростанциями.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.