Исследователи из Наньянского технологического университета создали перовскитные солнечные элементы, которые примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса и примерно в 50 раз тоньше обычных перовскитных солнечных элементов.
Несмотря на свою тонкость, эти устройства демонстрируют один из самых высоких показателей эффективности преобразования энергии среди ультратонких перовскитных солнечных элементов на сегодняшний день.
Результаты исследования, опубликованные в журнале ACS Energy Letters, могут открыть путь к созданию солнечных батарей, которые можно будет встраивать в здания, транспортные средства и носимые устройства без существенной доработки их внешнего вида.
Поскольку новые солнечные элементы полупрозрачны и не влияют на цветопередачу, их можно встраивать в окна и фасады, не меняя существенно внешний вид здания.
«На искусственную среду приходится около 40% мирового потребления энергии, поэтому технологии, позволяющие легко превращать поверхности зданий в источники энергии, становятся все более актуальными», — говорит доцент Бруно из Школы физико-математических наук и Школы материаловедения и инженерии НТУ.
«Наши перовскитные солнечные элементы обладают явными преимуществами, поскольку их можно производить с помощью простых технологий при относительно низких температурах. Кроме того, их можно настроить на поглощение определенных длин волн, при этом они остаются прозрачными, и потенциально их можно масштабировать для использования на больших площадях, что снизит их углеродный след», — добавил профессор Бруно, который также является директором кластера возобновляемых источников энергии, низкоуглеродных решений и систем хранения энергии в Институте энергетических исследований НТУ.
В отличие от обычных кремниевых солнечных батарей, эти устройства на основе перовскита способны вырабатывать электроэнергию даже при рассеянном солнечном свете и в условиях недостаточной освещенности. Это делает их особенно подходящими для городской среды Сингапура, где вертикальные поверхности зданий и частые облака ограничивают воздействие прямых солнечных лучей.
Например, если масштабировать технологию при сохранении прежних характеристик, большие стеклянные фасады можно превратить в активные поверхности для выработки солнечной энергии.
Перовскитные солнечные элементы состоят из нескольких слоев, в том числе полупроводникового слоя, который поглощает солнечный свет и преобразует его в электричество.
Чтобы создать ультратонкие элементы, команда НТУ использовала промышленный метод, известный как термическое испарение. В ходе этого процесса исходные материалы нагреваются в вакуумной камере до тех пор, пока не испарятся. Затем пар оседает на поверхности, образуя тонкую пленку.
Этот метод позволяет наносить очень тонкие и однородные слои перовскита на большие площади. Он также позволяет избежать использования токсичных растворителей и помогает уменьшить количество дефектов в солнечных элементах, повышая их способность преобразовывать свет в электричество.
Отрегулировав процесс, исследователи смогли контролировать толщину слоя перовскита и создавать как непрозрачные, так и полупрозрачные устройства.
По мнению ученых, это первый случай, когда ультратонкие перовскитные солнечные элементы были изготовлены полностью с использованием вакуумных технологий. В будущем это может сделать технологию более подходящей для крупномасштабного промышленного производства.
С помощью этого метода исследователи создали ультратонкие слои перовскита-абсорбера толщиной до 10 нанометров, сохранив при этом полезные характеристики солнечных элементов.
В непрозрачных устройствах эффективность преобразования энергии составила около 7%, 11% и 12% для слоев перовскита толщиной 10, 30 и 60 нанометров соответственно.
Полупрозрачная ячейка с перовскитным слоем толщиной 60 нанометров пропускала около 41% видимого света, преобразуя солнечный свет в электричество с эффективностью 7,6%.
По словам исследователей, это один из лучших показателей для полупрозрачных перовскитных солнечных элементов, изготовленных из аналогичных материалов.
Это позволит пропускать дневной свет, но при этом вырабатывать достаточное количество электроэнергии, что важно для таких конструкций, как солнечные окна, стеклянные фасады и тонированные поверхности зданий