Прозрачные солнечные элементы генерируют энергию в 1000 раз эффективнее, чем традиционные. Они превращают возобновляемую энергию, интегрируясь в окна, транспортные средства и различные устройства
Традиционные солнечные элементы, несмотря на свою эффективность, нарушают эстетику и ограничивают функциональную интеграцию с повседневными структурами. Прозрачные солнечные элементы, особенно последняя инновация — почти невидимые солнечные элементы (NISC), преодолевают эти вызовы.
Со средним показателем видимой прозрачности (AVT), превышающим 70%, а в некоторых случаях достигает 79%, эти элементы безупречно вписываются в окружающую среду, при этом эффективно генерируя энергию.
Один из ключевых прорывов, который сделал возможным этот прогресс, заключается в использовании двумерных (2D) материалов, таких как дихалькогениды переходных металлов (TMD). Эти материалы известны своими сверхтонкими структурами, исключительной способностью к поглощению света и регулируемой шириной запрещенной зоны в видимом диапазоне.
Читайте также: Ученые создали необычные плавучие солнечные батареи: чем особенны
Используя эти свойства, исследователи создали солнечные элементы, которые обеспечивают прозрачность и энергоэффективность — две характеристики, которые ранее были противоречивыми.
Также переход к прозрачным солнечным элементам имеет глубокие экологические последствия. Встраивая солнечные технологии в предметы повседневного потребления, зависимость от ископаемых видов топлива может значительно уменьшиться.
Как удалось создать прозрачные солнечные панели
Чтобы реализовать потенциал NISC на основе TMD, ученые сосредоточились на взаимодействии между оксидом индия и олова (ITO) — широко используемым прозрачным проводником — и дисульфидом вольфрама (WS₂), фотоактивным материалом.
Команда под руководством Тошиаки Като из японского Университета Тохоку оптимизировала контактные барьеры между этими материалами, покрыв ITO тонкими слоями оксида меди и вольфрама. Такая архитектурная корректировка повысила эффективность сбора носителей заряда и преобразования энергии.
Масштабирование технологии создало дополнительные проблемы. С увеличением размера устройства наблюдалось неожиданное падение напряжения в разомкнутом контуре. Исследователи решили эту проблему, улучшив соотношение сторон устройств, что обеспечило стабильную производительность на больших площадях.
Где можно применять новую технологию
Потенциальные возможности применения NISC очень широки. Они могут превратить окна в панели, генерирующие энергию, не меняя эстетики и не уменьшая естественного освещения.
Эта инновация может позволить небоскребам, с их большими стеклянными поверхностями, стать электростанциями. Для электромобилей прозрачные солнечные батареи могут быть интегрированы в лобовое стекло или кузовные панели, увеличивая запас хода и уменьшая зависимость от зарядной инфраструктуры.
Вас может заинтересовать: Заработала крупнейшая в мире солнечная электростанция
Эти элементы могут также питать смарт-часы, фитнес-трекеры или медицинские устройства, встроенные в одежду или аксессуары. Будущие итерации могут даже интегрироваться в кожу человека для питания биомедицинских имплантатов, таких как кардиостимуляторы или мониторы уровня глюкозы.
Другим многообещающим направлением являются смарт-устройства. Прозрачные солнечные элементы могут заменить традиционные стеклянные компоненты в смартфонах и планшетах, что позволит гаджетам заряжаться без внешних источников питания.
Проблемы и перспективы
Несмотря на многообещающую перспективу, прозрачные солнечные элементы сталкиваются с препятствиями перед широким внедрением. Долговечность остается проблемой, особенно учитывая то, что устройства должны выдерживать длительное воздействие окружающей среды. Масштабируемость производства является еще одной проблемой, поскольку для стабильной работы требуются точные технологии нанесения материала.
Материальные затраты также играют определенную роль. TMD и другие современные материалы, используемые в NISC, относительно дороги по сравнению с кремнием, основным материалом для традиционных солнечных панелей.
Исследователи активно изучают экономически эффективные альтернативы и производственные инновации, чтобы сделать эту технологию доступной для широкого рынка. В то же время результаты этого исследования свидетельствуют об изменении парадигмы в технологиях возобновляемой энергетики.
Ознакомьтесь с другими популярными материалами:
Лучшие изобретения 2024 года по версии журнала Time
Ощадбанк профинансирует ветроэнергетическую компанию
На какую сумму банки прокредитовали энергетику — НБУ
По материалам The Brighter Side of News