Солнечные панели для использования в помещениях, разработанные международными учеными, включая исследователей из Университетского колледжа Лондона (UCL), оказались в шесть раз эффективнее, чем существующие модели. Новая технология позволит отказаться от использования батареек в таких устройствах, как пульты дистанционного управления, клавиатуры, датчики, сигнализации и другие приборы для дома.
Несмотря на то, что разработка пока ограничена лабораторными исследованиями, проведенные тесты продемонстрировали, что новые панели более эффективны и долговечны по сравнению с коммерческими аналогами. Это создает перспективы для их внедрения в коммерческую сферу.
Использование перовскитных панелей позволяет снизить потери энергии
Кремниевые солнечные панели, хоть и широко используются, демонстрируют невысокую эффективность при работе в условиях внутреннего освещения. Перовскитные панели, напротив, лучше справляются с преобразованием определенных длин волн света, что делает их более эффективными для применения в помещениях. Также стоит отметить, что их изготовление обходится дешевле и не требует сложного оборудования.
«Солнечные элементы на основе перовскитов изготавливаются из недорогих материалов и могут быть произведены с использованием несложных методов, например, печати », — пояснив доктор Моджтаба Абди-Джалеби, старший автор работы.
Перовскитные элементы обладают и значительным недостатком: их кристаллическая структура содержит микроскопические дефекты, которые принято называть «ловушками». В этих дефектах электроны теряют энергию, преобразуясь в тепло вместо электричества. Кроме того, это способствует ускоренной деградации солнечных панелей в процессе эксплуатации.
Тройная обработка повышает эффективность
Для решения данной проблемы исследователи изменили структуру перовскита, включив в нее хлорид рубидия, что способствовало более равномерному росту кристаллов. В дальнейшем были введены два органических соединения — N-диметилоктиламмония йодид (DMOAI) и фенэтиламмония хлорид (PEACl), которые обеспечили стабилизацию ионов и препятствовали их расслоению.
«Мы, как будто восстановили разрезанный торт, что обеспечило более свободное перемещение заряда », — пояснил ведущий автор исследования, аспирант UCL Симин Хуан.
Рекордные показатели и долговечность
Новые панели показали выдающуюся эффективность преобразования энергии в ходе испытаний — 37,6% при освещенности 1000 люкс, что соответствует уровню освещения в хорошо освещенном офисе. Этот показатель является мировым рекордом для солнечных элементов с шириной запрещенной зоны 1,75 эВ, разработанных для работы в условиях помещения.
Тестирование на долговечность продемонстрировало высокие показатели: панели сохранили 92% первоначальной эффективности после 100 дней использования, в отличие от обычных элементов, которые показали лишь 76%. Даже после 300 часов работы при температуре 55 °C новые панели сохранили 76% производительности, в то время как контрольные образцы снизили ее до 47%.
Перспективы замены батарей
«Наши панели превосходят как коммерческие аналоги по эффективности, так и прототипы по долговечности », — подчеркнул Абди-Джалеби. Он добавил, что данная технология позволяет разрабатывать устройства, использующие для работы энергию окружающего освещения.
Многочисленные устройства, работающие от батареек, остаются распространенным явлением, что создает экологические проблемы и вызывает неудобства. С развитием Интернета вещей данная ситуация будет становиться все более острой.
Несмотря на то, что технология пока находится на стадии лабораторных исследований, ученые уже обсуждают с представителями бизнеса возможности ее расширения и внедрения в производство.
Результаты работы в журнале Advanced Functional Materials.