Сверхтонкие прозрачные солнечные батареи обещают невидимую зарядку для носимых устройств, автомобилей и домов.

Новый тип практически невидимых солнечных элементов однажды сможет помочь обычным стеклянным поверхностям вырабатывать электроэнергию. Это может включать в себя автомобильные окна и люки, умные очки, носимые устройства, фасады зданий и окна домов.

Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре разработали сверхтонкие прозрачные перовскитные солнечные элементы, которые примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса и примерно в 50 раз тоньше обычных перовскитных солнечных элементов. Исследовательская группа NTU под руководством доцента Аннализы Бруно опубликовала результаты в журнале ACS Energy Letters (через TechXplore ).

Могут ли солнечные батареи раствориться в обычном стекле?

Эти солнечные элементы полупрозрачны и не имеют цветовых искажений, поэтому их потенциально можно добавлять в стекло, не придавая ему вид традиционных солнечных панелей . Это может быть полезно в городах, где крыши уже используются для размещения солнечных батарей, но окна и вертикальные стеклянные фасады остаются в основном неиспользованными.

Исследователи по всему миру пытаются сделать солнечные технологии более доступными и привлекательными для обычных пользователей. Некоторые работают над созданием цветных солнечных элементов, которые могли бы улучшить внешний вид панелей на домах , в то время как подход NTU сосредоточен на создании солнечных элементов, практически незаметных в стекле. Если это сработает в больших масштабах, это может помочь решить одну из самых больших проблем солнечной энергетики, позволяя получать чистую энергию, не заставляя людей менять внешний вид своих домов, автомобилей или устройств.

В NTU заявляют, что эти ячейки могут генерировать электроэнергию при непрямом и рассеянном свете, что делает их полезными для плотной городской застройки с ограниченным количеством прямого солнечного света. В случае успешного масштабирования, большие здания со стеклянными фасадами теоретически могли бы генерировать несколько сотен мегаватт-часов электроэнергии в год, в зависимости от ориентации и полезной площади остекления.

Какие проблемы остаются на пути к коммерческому применению?

Команда создала элементы с помощью процесса, называемого термическим испарением, при котором материал нагревается в вакуумной камере до тех пор, пока не превратится в пар, а затем оседает в виде чрезвычайно тонкого слоя. В NTU заявляют, что это помогает создавать ровные слои на больших площадях, позволяет избежать использования токсичных растворителей и дает исследователям возможность контролировать прозрачность солнечных элементов.

Наилучший результат был получен с помощью непрозрачной ячейки толщиной 60 нанометров, достигшей эффективности около 12%. Более тонкие непрозрачные версии достигли эффективности около 11% при 30 нанометрах и 7% при 10 нанометрах. Полупрозрачная версия толщиной 60 нанометров пропускала около 41% видимого света, достигнув при этом эффективности 7,6%.

Для сравнения, обычные солнечные панели на крышах гораздо эффективнее: многие коммерческие бытовые панели преобразуют примерно от 18% до 24% солнечного света в электричество. Полупрозрачная ячейка NTU не пытается превзойти эти панели по чистой мощности. Ее преимущество заключается в том, что она может использовать энергию на поверхностях, где обычные солнечные панели были бы непрактичны или нежелательны.

Это пока лабораторные исследования, а не готовый продукт для окон, автомобилей или носимых устройств. NTU подала заявку на патент и ведет переговоры с компаниями для подтверждения производственного процесса. Исследователям еще предстоит доказать, что ячейки могут оставаться стабильными, выдерживать длительное использование и хорошо работать при производстве на больших площадях.