Исследователи разработали первые в мире гибкие «солнечные панели», которые достаточно тонкие, чтобы наноситься на другие объекты, позволяя им стать переносным источником энергии.
Прорывной подход позволил учёным создать солнечные элементы в 150 раз тоньше существующих кремниевых панелей, не жертвуя их способностью к выработке энергии. Эти панели в будущем могут быть нанесены на практически любой объект в виде легко печатаемого слоя, например, на автомобили или чехлы для смартфонов, позволяя заряжать устройства на ходу и исключая необходимость в больших солнечных фермах, отметили учёные.
Материал, который разработали исследователи, имеет толщину чуть больше одного микрона (0,001 мм). Национальный институт передовых промышленных наук и технологий Японии (AIST) сертифицировал это изобретение до публикации научного исследования, запланированной на конец этого года.
В исследовании учёные из Оксфордского университета создали новый фотогальванический материал (способный преобразовывать солнечный свет в энергию) на основе перовскитных структур. Эти кристаллические образования являются синтетическими версиями природного кальциево-титаново-оксидного минерала, которые можно относительно дёшево производить в лабораториях или на фабриках. Подобно кремнию, наиболее распространённому материалу для солнечных элементов, перовскит вырабатывает электрический заряд в присутствии солнечного света.
Учёные по всему миру стремятся раскрыть преимущества перовскитов с конца 2000-х годов. Иногда их описывают как «священный грааль» солнечной энергетики, так как теоретически они позволяют производить гибкие, лёгкие солнечные панели намного дешевле, чем кремниевые элементы текущего поколения.
И хотя перовскиты обладают огромным потенциалом, учёные столкнулись с трудностями при их синтезе, что мешает им сохранять свои свойства более нескольких месяцев. Перовскиты особенно чувствительны к избытку влаги и могут разрушаться после воздействия воздуха из-за летучих химических реакций.
Со временем исследователи обнаружили, что перовскиты могут оставаться стабильными в слоистых структурах, таких как тандемные ячейки, которые комбинируют перовскиты и кремниевые элементы. Команда из Оксфордского университета выбрала подход «многослойных соединений», при котором несколько фоточувствительных слоев, соответствующих разным длинам волн света, объединяются для улучшения фоточувствительности всего солнечного материала.
Получившаяся тонкая плёнка солнечных панелей имела эффективность в преобразовании солнечного света в энергию 27%, по сравнению с примерно 22% эффективностью кремниевых панелей, представленных на рынке сегодня. Исследователи отметили, что за последние пять лет им удалось значительно улучшить свои результаты с перовскитами, начав с всего 6% эффективности.
«Мы можем представить себе, что перовскитные покрытия будут наноситься на более широкий спектр поверхностей для генерации дешёвой солнечной энергии, таких как крыши автомобилей и зданий, а также задние панели мобильных телефонов, — заявил Джунке Ван (Junke Wang), профессор физики в Оксфордском университете. — Если таким образом удастся генерировать больше солнечной энергии, в будущем мы сможем сократить потребность в кремниевых панелях и строительстве всё большего количества солнечных ферм.»
Со временем исследователи считают, что перовскиты могут позволить солнечным панелям достичь эффективности более 45% — предела, основанного на текущих подходах и нашем понимании физики. Это позволит генерировать гораздо больше энергии на каждом квадратном дюйме солнечного материала в эксплуатации, а также производить энергию при очень низком освещении.
