Эти материалы применимы для изготовления дисплеев, стекол для теплиц, окон в зданиях и автомобилях.
Японские ученые из Университета Тохоку создали солнечные панели с высокой степенью видимой прозрачности – до 79 процентов. Они основаны на монослойных полупроводниках, состоящих из металла и халькогена. По словам исследователей, прозрачные солнечные панели обладают значительным потенциалом, поскольку их применение не ограничено, в отличие от обычных непрозрачных панелей в статье, опубликованной в Nature Scientific Reports.
Хотя недавно достигнуты значительные успехи в разработке полупроводников на основе перовскитов и органических материалов, создание устройств с прозрачностью, превышающей 70%, оставалось сложной задачей. Японские ученые решили оптимизировать солнечные элементы на основе барьера Шоттки – области потенциального барьера, формирующегося в приконтактном слое полупроводника, находящегося в контакте с металлом. В качестве ключевых компонентов они использовали оксид индия-олова – наиболее распространенный прозрачный проводящий оксид – и монослой дисульфида вольфрама.
Дисульфид вольфрама относится к классу дихалькогенидов переходных металлов (transition metal dichalcogenide, TMD) — тонких проводников, состоящих из переходного металла и халькогена. И они действительно тонкие — всего три слоя атомов, слой металла располагается между слоями халькогена. Дихалькогениды переходных металлов рассматриваются учеными как одни из наиболее перспективных материалов для производства солнечных панелей с высокой степенью прозрачности. Это обусловлено тем, что данные материалы эффективно работают в видимом спектре света, а также обладают почти полной прозрачностью.
Японские ученые предприняли попытку оптимизировать контактный слой, соединяющий элементы устройства. Благодаря добавлению тонкого слоя оксида вольфрама, эффективность преобразования электроэнергии возросла в тысячу раз по сравнению с элементами, использующими стандартные электроды из оксида индия-олова. Однако, возникли трудности, связанные с возможностью масштабирования этой технологии и ее внедрением в практику.
Увеличение числа и размеров компонентов нередко ведет к уменьшению мощности. Однако исследователям удалось разработать «архитектурное решение, удобное для массового производства подобных элементов».
Им удалось достичь мощности в 420 пиковатт с солнечной панели размером один квадратный сантиметр и прозрачностью 79 процентов. Этот результат является наивысшим для элемента такой толщины, изготовленного на основе дихалькогенидов переходных металлов.
Солнечные панели, пропускающие свет, меняют наш образ жизни. От компактных гаджетов до зданий с полностью стеклянными фасадами — нас окружает огромное количество стеклянных поверхностей, исчисляемое миллиардами квадратных метров. Однако, чтобы эта технология получила широкое распространение, она должна быть доступной по цене и простой в изготовлении.