Сингапурские ученые из Наньянского технологического университета создали чрезвычайно тонкие солнечные элементы, способные в будущем преобразовывать в источники энергии автомобильные стекла, фасады зданий и даже умные очки. Разработанные полупрозрачные солнечные элементы на основе перовскитов имеют толщину, которая в 10 тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса. При этом, несмотря на свои микроскопические размеры, эти устройства демонстрируют высокую эффективность, сравнимую с показателями передовых ультратонких перовскитных солнечных технологий.
Работа демонстрирует растущую глобальную тенденцию к преобразованию обычных поверхностей в генераторы чистой энергии. Авторы отмечают, что в перспективе данная технология позволит зданиям, транспортным средствам и носимым устройствам производить электричество без существенной перестройки и без изменения внешнего вида. Это также создает возможность для появления городов, в которых значительный объем возобновляемой энергии будет генерироваться без необходимости использования дополнительных земельных участков или установки больших солнечных батарей на крышах.
Команда ученых во главе с Аннализой Бруно создала элементы, которые практически незаметны, но при этом способны эффективно преобразовывать солнечную энергию в электричество. Полупрозрачность и нейтральные цвета позволяют интегрировать эти покрытия в офисные здания, оконные системы и стеклянные фасады гораздо легче, чем традиционные солнечные панели. Это делает технологию особенно интересной для архитекторов и строительных организаций, заинтересованных во внедрении экологически чистых источников энергии без изменения внешнего вида строений.
В качестве ключевого компонента при создании используется перовскит — материал, демонстрирующий высокую способность к поглощению солнечной энергии и более низкую себестоимость производства, чем кремниевые аналоги. Новые элементы, в отличие от традиционных солнечных панелей, могут функционировать даже в условиях рассеянного и непрямого освещения, что представляет собой значительное преимущество для густонаселенных городских районов, где высокие здания затеняют прямые солнечные лучи.
По мнению экспертов, большие офисные здания со стеклянными фасадами в перспективе смогут отчасти покрывать свои энергетические нужды благодаря внедрению подобных технологий. Если удастся расширить применение этих решений, отдельные высотные здания получат возможность генерировать сотни мегаватт-часов электроэнергии ежегодно.
При производстве солнечных элементов применялся метод термического испарения — промышленная технология, основанная на нагревании материалов в вакуумной камере до их испарения и последующем осаждении в виде ультратонких плёнок. Это дало возможность создать однородные перовскитные слои толщиной примерно 10 нанометров. Важно отметить, что данный метод не предполагает использования токсичных растворителей, которые часто применяются при изготовлении солнечных батарей, что может облегчить их дальнейшее промышленное производство.
Ученые создали как полностью непрозрачные, так и полупрозрачные устройства, варьируя толщину слоя перовскита. Эффективность преобразования энергии в непрозрачных вариантах составила от 7 до 12 процентов, в зависимости от их конструкции. Полупрозрачная версия позволила пропускать приблизительно 41 процент видимого света, сохраняя при этом эффективность на отметке 7,6 процента.
Учёные утверждают, что полученные результаты можно считать одними из наиболее выдающихся в области полупрозрачных перовскитных солнечных элементов данного типа. Люк Уайт, первый автор работы, подчеркнул, что данная технология способна послужить базой для разработки «энергогенерирующих» окон с лёгкой степенью затемнения, а также других инноваций в сфере устойчивого строительства.
По мнению независимых специалистов, разработанный метод способен ускорить переход прозрачных солнечных технологий к серийному производству. Вместе с тем, профессор Сэм Странкс из Кембриджского университета подчеркнул, что для начала коммерческого использования требуется подтвердить долговечность и надёжность этих устройств.
Разработчики из Наньянского технологического университета уже зарегистрировали патент через NTUitive и ведут сотрудничество с представителями промышленности для совершенствования производственного процесса. В приоритетных задачах – увеличение срока службы технологии и расширение области её применения. По мнению исследователей, в будущем подобные разработки способны превратить окна, транспортные средства и бытовую электронику в малозаметные генераторы возобновляемой энергии.
Исследование в журнале ACS Energy Letters.