Прозорі сонячні елементи генерують енергію в 1000 разів ефективніше, ніж традиційні. Вони перетворюють відновлювану енергію, інтегруючись у вікна, транспортні засоби та різноманітні пристрої
Фото: freepik.com
Традиційні сонячні елементи, попри свою ефективність, порушують естетику і обмежують функціональну інтеграцію з повсякденними структурами. Прозорі сонячні елементи, особливо остання інновація — майже невидимі сонячні елементи (NISC), долають ці виклики.
З середнім показником видимої прозорості (AVT), що перевищує 70%, а в деяких випадках досягає 79%, ці елементи бездоганно вписуються в навколишнє середовище, при цьому ефективно генеруючи енергію.
Один з ключових проривів, який уможливив цей прогрес, полягає у використанні двовимірних (2D) матеріалів, таких як дихалькогеніди перехідних металів (TMD). Ці матеріали відомі своїми надтонкими структурами, винятковою здатністю до поглинання світла та регульованою шириною забороненої зони у видимому діапазоні.
Читайте також: Вчені створили незвичайні плавучі сонячні батареї: чим особливі
Використовуючи ці властивості, дослідники створили сонячні елементи, які забезпечують прозорість та енергоефективність — дві характеристики, які раніше були суперечливими.
Також перехід до прозорих сонячних елементів має глибокі екологічні наслідки. Вбудовуючи сонячні технології в предмети повсякденного вжитку, залежність від викопних видів палива може значно зменшитися.
Як вдалось створити прозорі сонячні панелі
Щоб реалізувати потенціал NISC на основі TMD, вчені зосередилися на взаємодії між оксидом індію та олова (ITO) — широко використовуваним прозорим провідником — і дисульфідом вольфраму (WS₂), фотоактивним матеріалом.
Команда під керівництвом Тошіакі Като з японського Університету Тохоку оптимізувала контактні бар’єри між цими матеріалами, покривши ITO тонкими шарами оксиду міді та вольфраму. Таке архітектурне коригування підвищило ефективність збирання носіїв заряду та перетворення енергії.
Масштабування технології створило додаткові проблеми. Зі збільшенням розміру пристрою спостерігалося несподіване падіння напруги в розімкнутому контурі. Дослідники розв’язали цю проблему, покращивши співвідношення сторін пристроїв, що забезпечило стабільну продуктивність на більших площах.
Де можна застосовувати нову технологію
Потенційні можливості застосування NISC дуже широкі. Вони можуть перетворити вікна на панелі, що генерують енергію, не змінюючи естетики та не зменшуючи природного освітлення.
Ця інновація може дозволити хмарочосам, з їх великими скляними поверхнями, стати електростанціями. Для електромобілів прозорі сонячні батареї можуть бути інтегровані у лобове скло або кузовні панелі, збільшуючи запас ходу і зменшуючи залежність від зарядної інфраструктури.
Вас може зацікавити: Запрацювала найбільша у світі сонячна електростанція
Ці елементи можуть також живити смартгодинники, фітнес-трекери або медичні пристрої, вбудовані в одяг чи аксесуари. Майбутні ітерації можуть навіть інтегруватися в шкіру людини для живлення біомедичних імплантатів, таких як кардіостимулятори або монітори рівня глюкози.
Іншим багатообіцяльним напрямком є смартпристрої. Прозорі сонячні елементи можуть замінити традиційні скляні компоненти в смартфонах і планшетах, що дозволить гаджетам заряджатись без зовнішніх джерел живлення.
Проблеми та перспективи
Попри багатообіцяючу перспективу, прозорі сонячні елементи стикаються з перешкодами перед широким впровадженням. Довговічність залишається проблемою, особливо з огляду на те, що пристрої повинні витримувати тривалий вплив навколишнього середовища. Масштабованість виробництва є ще однією проблемою, оскільки для стабільної роботи потрібні точні технології нанесення матеріалу.
Матеріальні витрати також відіграють певну роль. TMD та інші сучасні матеріали, що використовуються в NISC, відносно дорогі порівняно з кремнієм, основним матеріалом для традиційних сонячних панелей.
Дослідники активно вивчають економічно ефективні альтернативи та виробничі інновації, щоб зробити цю технологію доступною для ширшого ринку. Водночас результати цього дослідження свідчать про зміну парадигми в технологіях відновлюваної енергетики.
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Найкращі винаходи 2024 року за версією журнала Time
Ощадбанк профінансує вітроенергетичну компанію
На яку суму банки прокредитували енергетику — НБУ
За матеріалами The Brighter Side of News
Telegram
Viber