Учёные создали сверхтонкие солнечные элементы способные превращать окна в источники энергии
Учёные из Наньянского технологического университета разработали сверхтонкие солнечные элементы, которые в перспективе могут превратить автомобильные стёкла, фасады небоскрёбов и даже умные очки в поверхности, вырабатывающие электроэнергию. Речь идёт о полупрозрачных перовскитных солнечных элементах, толщина которых примерно в 10 тысяч раз меньше толщины человеческого волоса. Несмотря на экстремально малые размеры, устройства показали одну из самых высоких эффективностей среди ультратонких перовскитных солнечных технологий.
Исследование отражает усиливающийся мировой тренд по превращению повседневных поверхностей в источники чистой энергии. По словам авторов работы, подобная технология в будущем может позволить зданиям, транспорту и носимой электронике вырабатывать электричество без серьёзных конструктивных изменений и без влияния на внешний дизайн. Это также открывает путь к городам, где значительная часть возобновляемой энергии производится без необходимости занимать дополнительную землю или устанавливать громоздкие солнечные панели на крышах.
Группа исследователей под руководством Аннализы Бруно разработала элементы таким образом, чтобы они оставались практически невидимыми для глаза, но при этом продолжали эффективно преобразовывать солнечную энергию в электричество. Благодаря полупрозрачности и нейтральной цветопередаче такие покрытия можно интегрировать в офисные здания, оконные конструкции и стеклянные фасады значительно проще, чем традиционные солнечные панели. Это делает технологию особенно привлекательной для архитекторов и строительных компаний, которые стремятся внедрять «зелёную» энергетику без изменения облика зданий.
В основе разработки лежит перовскит — материал, обладающий высокой эффективностью поглощения солнечного света при более низкой стоимости производства по сравнению с кремниевыми технологиями. В отличие от обычных солнечных панелей, новые элементы способны работать даже при рассеянном и непрямом освещении, что особенно важно для плотной городской застройки, где высокие здания часто перекрывают прямой солнечный свет.
По оценкам исследователей, крупные офисные здания со стеклянными фасадами в будущем смогут частично компенсировать своё энергопотребление за счёт таких элементов. В случае успешного масштабирования отдельные небоскрёбы смогут вырабатывать сотни мегаватт-часов электроэнергии в год.
Для создания солнечных элементов команда использовала метод термического испарения — промышленную технологию, при которой материалы нагреваются в вакуумной камере до испарения и осаждаются в виде сверхтонких плёнок. Такой подход позволил получить однородные перовскитные слои толщиной около 10 нанометров. При этом метод не требует токсичных растворителей, которые обычно применяются в производстве солнечных батарей, что потенциально упрощает будущий промышленный выпуск.
Исследователи изготовили как непрозрачные, так и полупрозрачные версии устройств, изменяя толщину слоя перовскита. Непрозрачные варианты показали эффективность преобразования энергии от 7 до 12 процентов в зависимости от конфигурации. Полупрозрачная версия пропускала около 41 процента видимого света и при этом обеспечивала эффективность на уровне 7,6 процента.
По словам учёных, эти результаты входят в число лучших, когда-либо полученных для полупрозрачных перовскитных солнечных элементов аналогичного типа. Первый автор исследования Люк Уайт отметил, что технология может стать основой для «энергогенерирующих» окон с лёгким затемнением и других решений в области устойчивой архитектуры.
Независимые эксперты считают, что предложенный подход может приблизить появление прозрачных солнечных технологий к массовому производству. Однако профессор Сэм Странкс из Кембриджский университет отметил, что перед коммерческим внедрением необходимо доказать долговременную стабильность и надёжность таких устройств.
Команда Наньянского технологического университета уже подала патентную заявку через NTUitive и сотрудничает с промышленными партнёрами для оптимизации производства. В ближайших планах — повышение долговечности технологии и масштабирование её до больших поверхностей. Учёные считают, что в перспективе такие решения могут превратить окна, транспорт и бытовую электронику в незаметные источники возобновляемой энергии.
Исследование в журнале ACS Energy Letters.