Перетворять вікна на генератори: вчені створили прозорі сонячні батареї — NTU Singapore

Дослідники з Наньянського технологічного університету в Сінгапурі створили напівпрозорі надтонкі сонячні елементи.

Зазначається, що дослідницька група під керівництвом Анналізи Бруно розробила перовскітні сонячні елементи, які приблизно у 10 тис. разів тонші за людське волосся й десь у 50 разів тонші за традиційні перовскітні елементи. Попри це вони досягли дуже високих показників ефективності перетворення енергії, зареєстрованих для таких надтонких елементів.

Результати досліджень відкривають шлях до інтеграції цих елементів у будівлі, транспортні засоби та пристрої, що носяться. Оскільки ці елементи напівпрозорі й не змінюють колір, їх можна встановлювати на фасадах будівель та вікнах без суттєвих змін зовнішнього вигляду.

“На частку будівельної галузі припадає приблизно 40% світового споживання енергії, тому технології, що дозволяють безперешкодно перетворювати поверхні будівель на джерела енергії, набувають все більшої актуальності. Наші перовскітні сонячні елементи мають істотні переваги, оскільки їх можна виробляти з використанням простих процесів за відносно низьких температур. Крім того, їх можна налаштувати на поглинання певних довжин хвиль, зберігаючи при цьому прозорість, і потенційно можна масштабувати їх на великі площі, знижуючи їх вуглецевий слід”, — пояснює Анналіза Бруно.

На відміну від традиційних сонячних елементів з кремнію, ці пристрої можуть генерувати енергію навіть за непрямого сонячного світла та за розсіяного освітлення. У разі масштабування технології зі збереженням характеристик, великі скляні фасади можна перетворити на генератори.

За попередніми оцінками, розміщення сонячних батарей на великій будівлі зі скляним фасадом теоретично дасть змогу генерувати кілька сотень МВт·год на рік. Залежно від корисної площі скляної поверхні та розміщення й архітектурних особливостей будівлі, рівень генерації електрики може дорівнювати річному споживанню приблизно 100 4-кімнатних квартир.

Для створення надтонких комірок дослідники використали термічне випаровування. Цей процес передбачає нагрів вихідних матеріалів у вакуумній камері до повного випаровування. Потім пара осідає на поверхні, утворюючи тонку плівку.

Це дозволяє здійснювати нанесення надтонких однорідних шарів перовськіту на великі площі. Завдяки термічному випаровуванню також вдається уникнути використання токсичних розчинників та зменшити кількість дефектів у сонячних елементах, покращуючи здатність генерувати електрику з сонячного світла.

Регулюючи процес, дослідникам вдалось контролювати товщину шару перовськіту та створювати як непрозорі, так й напівпрозорі елементи. Розробники зазначають, що це вперше надтонкі перовскітні елементи були створені з використанням лише вакуумних процесів.

Використання цієї технології дозволило отримати надтонкі поглинальні шари перовськіта завтовшки до 10 нм, зберігаючи корисні характеристики. В непрозорих елементах комірки досягали ефективності перетворення близько 7%, 11% та 12% для шарів завтовшки 10, 30 та 60 нм.

Напівпрозора комірка з шаром перовськіту завтовшки 60 нм пропускала близько 41% видимого світла з ефективністю перетворення 7,6%. За словами дослідників, це один з найкращих показників для перовскітних напівпрозорих сонячних елементів з аналогічних матеріалів.

Дослідники наразі ведуть переговори з компаніями щодо тестування та стандартизації технології. Вони також працюватимуть над покращенням показників довготривалої стабільності, довговічності та характеристик елементів перш ніж запропонувати для комерційного використання.

Результати дослідження опубліковані в журналі ACS Energy Letters