Исследователи разработали перовскитные солнечные элементы, которые примерно в 50 раз тоньше обычных устройств.
Аккумулятор FIAMM 12 FIT 60
Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре разработали ультратонкие перовскитные солнечные элементы, которые в 50 раз тоньше обычных, с использованием метода вакуумного термического испарения. Эти устройства могут быть полупрозрачными и генерировать энергию при рассеянном свете, что делает их перспективными для установки на окнах и фасадах зданий.
Исследовательская группа из Технологического университета Наньян (NTU) в Сингапуре разработала перовскитные солнечные элементы, которые, согласно исследованию, опубликованному в ACS Energy Letters, «примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса и примерно в 50 раз тоньше обычных».
«На здания приходится около 40% мирового потребления энергии, поэтому технологии, которые незаметно превращают поверхности зданий в источники энергии, становятся все более востребованными», — говорит профессор Аннализа Бруно из Школы физико-математических наук и Школы материаловедения и инженерии НТУ.
«Наши перовскитные элементы обладают явными преимуществами, поскольку их можно производить с помощью простых технологий и при относительно низких температурах. Кроме того, их можно настроить на поглощение определенных длин волн, при этом они остаются прозрачными, и их можно масштабировать для использования на больших поверхностях, тем самым снижая углеродный след», — добавил Бруно.
Исследователь отметил, что, в отличие от обычных кремниевых солнечных элементов, перовскитные устройства могут вырабатывать электричество при рассеянном или отраженном свете. «Это делает их особенно подходящими для городской среды Сингапура, где вертикальные поверхности и частые облака ограничивают воздействие прямых солнечных лучей», — заявил Бруно.
По предварительным оценкам, установка этой технологии на здании со стеклянным фасадом может генерировать сотни мегаватт-часов в год, хотя исходные предположения и результаты независимой проверки пока не опубликованы.
Клетки были изготовлены с помощью промышленного метода термического испарения, при котором материалы нагреваются в вакуумной камере до тех пор, пока не испарятся и не осядут в виде тонких пленок на подложке. Полупрозрачность и нейтральный цвет клеток позволяют использовать их в архитектурном стекле.
Этот процесс также позволяет избежать использования токсичных растворителей и уменьшить количество дефектов в солнечных элементах, повышая эффективность преобразования энергии. Регулируя параметры осаждения, исследователи контролировали толщину слоя перовскита и получали как непрозрачные, так и полупрозрачные устройства.
По словам ученых, это первая демонстрация ультратонких перовскитных солнечных элементов, изготовленных исключительно с использованием вакуумных технологий. Эта разработка может стать основой для масштабируемого промышленного производства. Благодаря такому подходу им удалось создать перовскитные поглощающие слои толщиной всего 10 нанометров, сохранив при этом их функциональные характеристики.
В непрозрачных устройствах эффективность преобразования составила 7%, 11% и 12% для слоев толщиной 10, 30 и 60 нм соответственно. Полупрозрачное устройство с 60-нанометровым слоем пропускало около 41% видимого света, а эффективность преобразования составляла 7,6%.
Исследователи не предоставили данных об ускоренной стабилизации и производительности на поверхностях большой площади, превышающей несколько квадратных сантиметров.
«Точно контролируя термическое испарение, мы можем регулировать прозрачность солнечных элементов. Это открывает новые возможности для экологичной архитектуры, например для создания тонированных окон, которые будут вырабатывать электричество», — пояснил ведущий автор исследования Люк Уайт.
Патент на сверхтонкую структуру перовскитной пленки был подан через NTUitive, инновационное подразделение Наньянского технологического университета.
В настоящее время исследователи сотрудничают с отраслевыми партнерами, чтобы проверить и стандартизировать процесс термического испарения, а также повысить долгосрочную стабильность, долговечность и масштабируемость технологии перед ее возможной коммерциализацией.