Міжнародна група дослідників з Університетського коледжу Лондона (UCL) розробила напівпрозорі сонячні панелі, які можна встановлювати у вікна для ефективного збирання енергії як від внутрішнього освітлення, так і від сонця.
Технологія, описана у статті в журналі Advanced Energy Materials, може допомогти перетворити будівлі на генератори електроенергії вночі та у похмурі дні, а також у сонячну погоду.
Дослідники розробили сонячні вікна, що пропускають 30% сонячного світла (звичайне скло пропускає 80% або 90%), при цьому генеруючи рекордну кількість енергії від внутрішнього освітлення та ефективно збираючи енергію сонячного світла.
Провідний автор дослідження доктор Моджтаба Абді-Джалебі з Інституту відкриття матеріалів UCL сказав: "На дахах зазвичай встановлюються сонячні панелі, але величезні площі вікон багатьох сучасних будівель залишаються значною мірою невикористаними як енергетичний ресурс.
"У дослідженні ми показали, що можна зберегти прозорість вікна, щоб воно пропускало світло, зберігаючи при цьому ефективність сонячних панелей."
"Наступний крок – розробка гнучких сонячних елементів, які можна буде застосовувати на вигнутих поверхнях, таких як вікна хмарочоса Shard чи автомобілі, а також на нежорстких поверхнях, таких як одяг чи рюкзаки. Ми також хотіли б створювати сонячні елементи у більших масштабах, ніж ті, що ми досягли у цьому дослідженні.
"У довгостроковій перспективі хочемо зробити напівпрозорі фотоелектричні елементи такими ж простими в інтеграції, як віконна плівка. У міру розвитку технології ці пристрої потенційно можуть бути розроблені у вигляді гнучких плівок, які можна буде наносити безпосередньо на автомобільне скло, люки та інші прозорі поверхні для вироблення чистої електроенергії без істотних структурних змін."
Провідний автор дослідження Сімінг Хуанг, аспірант Інституту відкриття матеріалів UCL, сказав: "Ще одна перевага цієї технології полягає в тому, що, затуляючи частину сонячного світла, вона діє так само як тоновані вікна, заощаджуючи частину енергії, необхідної для охолодження будівлі. Це особливо важливо у спекотніших регіонах світу, де більша частина енергії витрачається на кондиціювання повітря."
Розробка з урахуванням світла та прозорості
Команда використовувала матеріал під назвою перовськіт, який все частіше застосовується у зовнішніх сонячних панелях і, на відміну від традиційних сонячних панелей на основі кремнію, потенційно може генерувати енергію зі світла у приміщенні, оскільки його склад можна регулювати для кращого поглинання певних довжин хвиль у приміщенні.
Вони використовували комп'ютерне моделювання для визначення оптимального розташування та товщини шарів у сонячній панелі для збереження як прозорості, так і ефективності.
На основі цього моделювання вони розробили шар перовськіту - шар, що поглинає світло, - товщиною 185 нанометрів (приблизно в 500 разів тонше за людське волосся). У типових сонячних панелях шар перовськіту в три-чотири рази товщі.
Вони додали молекулу (3-трифторметил-1H-1,2,4-триазол), яка зменшила дефекти в перовськіті, відомі як «пастки», через які електрони можуть застрягати до того, як їх енергія буде використана. Ця молекула також допомогла стабілізувати кристалічну структуру перовськіту, запобігаючи деградації з часом.
На основі цього моделювання вони розробили шар перовськіту - шар, що поглинає світло, - товщиною 185 нанометрів (приблизно в 500 разів тонше за людське волосся).
Прорив у галузі прозорих електродів
Крім того, дослідники розробили прозорий електрод. У перовськітових сонячних елементах електрод (тобто частина, що проводить електрику з елемента) зазвичай виготовляється із золота та блокує світло. Щоб зробити свій електрод прозорішим, команда помістила тонкий шар золота між двома прозорими шарами оксиду молібдену, що допомогло світлу проходити крізь золото шляхом зменшення відбиття.
Команда виготовила панель розміром 30 см на 30 см і виявила, що сонячні елементи можуть перетворювати 22% яскравого кімнатного світла (1000 люкс) на електрику, а також 14% сонячного світла. Вони виявили, що пристрій без покриття зберіг 80% своєї ефективності протягом 300 годин безперервної дії світла в рамках стандартного прискореного тесту на довговічність, що свідчить про його надійність протягом тривалого часу.
