В ходе исследований создаются энергоэффективные прозрачные фотоэлектрические элементы из композитов на основе кремниевых микропроводов. Помимо поглощённого солнечного света, такие элементы способны использовать и отражённые лучи для получения энергии.
Последние годы отмечены расширением возможностей исследований в области прозрачных солнечных элементов. Ученые полагают, что солнечная энергия способна обеспечить потребности общества и станет очередным крупным прорывом.
В процессе фотовольтаики постоянно приходится искать баланс между способностью пропуская свет и эффективностью преобразования солнечного света в энергию.
До сих пор наблюдались различные тонированные прозрачные солнечные элементы с низкой энергоэффективностью и скромной прозрачностью. Такие элементы не подходят для использования в электронных устройствах, автомобильных окнах и фотоэлектрических окнах, встроенных в здания.
Учёные из Национального института науки и технологий Ульсана в Южной Корее создали энергоэффективные прозрачные солнечные элементы на основе кремниевых микропроводных композитов. В состав элементов входят цилиндрические кремниевые стержни, изготовленные из гибкого прозрачного полимерного материала.
В чем его отличие от других прозрачных солнечных батарей?
Новые гибкие солнечные элементы нейтрального цвета различаются с существующими прозрачными элементами, которые преимущественно используют красители, органику и перовскиты. В них применяют схему n-кремниевых микропроводов.
Для создания этих микропроводов с заданным интервалом применяют глубокореактивное ионное травление. После этого их помещают в гибкую прозрачную полимерную основу.
Она спроектирована так, чтобы регулировать отраженный от кремниевых стержней солнечный свет и повышать эффективность. Пропускание света возможно изменить в диапазоне от 10 до 55 процентов путем изменения расстояния между микропроводами.
Как это работает?
Каждый кремниевый элемент в этом солнечном устройстве действует как фотоактивный слой: поглощает солнечный свет и производит электричество. Исследователи установили стержни с определенным шагом, чтобы их было невозможно увидеть без увеличительного стекла. Благодаря этому солнечные элементы сохраняют гибкость и прозрачность самой основы.
Для усиления способности поглощать свет без снижения прозрачности, учёные существенно модифицировали форму наконечников кремниевых микропроводов. В обычных солнечных элементах происходит поглощение, пропускание и отражение света, но не используется преимущество отраженного света.
Новая структура поглощает отражённый свет обратно в солнечный элемент. Свет, отражённый от верхушки кремниевого стержня, поглощается соседним стержнем.
Прозрачные солнечные элементы, основанные на микропроводах с наклонным наконечником, показали эффективность 8% при видимой прозрачности 10%. Это наивысшая эффективность среди кремниевых прозрачных фотоэлементов. Элементы сохраняют первоначальную эффективность даже после десятков испытаний на изгиб.
В отличие от других прозрачных солнечных элементов нейтрального цвета, выпускаемых на жестких стеклянных основах, эти гибкие элементы могут применяться в разных сферах — от мобильных и носимых устройств до генерации энергии, интегрированной в конструкции зданий.