На пути к прозрачным солнечным панелям

Спустя пять лет после Парижского соглашения по климату все взоры прикованы к прогрессу мира на пути к безуглеродному будущему. Важной частью этой цели является переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, таким как энергия солнца, воды, ветра и волн. Среди них солнечная энергия всегда вызывала самые большие надежды в научном сообществе как самый надежный и богатый источник энергии на Земле. В последние десятилетия солнечные элементы стали дешевле, эффективнее и экологичнее. Однако современные солнечные элементы, как правило, непрозрачны, что препятствует их более широкому использованию и интеграции в повседневные материалы, ограничиваясь размещением на крышах и в удаленных солнечных фермах.

Но что, если солнечные панели нового поколения можно будет интегрировать в окна, здания или даже экраны мобильных телефонов? На это надеется профессор Джуньдон Ким (Joondong Kim) с кафедры электротехники Инчхонского национального университета, Корея. В недавнем исследовании, опубликованном в Journal of Power Sources, он и его коллеги подробно описывают свое последнее изобретение: полностью прозрачный солнечный элемент. «Уникальные свойства прозрачных фотоэлектрических элементов могут найти различные применения в технологиях для людей», - говорит профессор Ким.

Идея прозрачных солнечных элементов хорошо известна, но это новое приложение, в котором ученые смогли реализовать эту идею на практике, является важным открытием. В настоящее время материалы, делающие солнечный элемент непрозрачным, представляют собой полупроводниковые слои, отвечающие за улавливание света и преобразование его в электрический ток. Таким образом, профессор Ким и его коллеги рассмотрели два потенциальных полупроводниковых материала, определенные предыдущими исследователями за их желаемые свойства.

Первый - это диоксид титана (TiO2), хорошо известный полупроводник, уже широко используемый для изготовления солнечных элементов. Помимо отличных электрических свойств, TiO2 также является экологически чистым и нетоксичным материалом. Этот материал поглощает УФ-свет, пропуская большую часть видимого светового диапазона. Вторым исследованным материалом для создания этого перехода был оксид никеля (NiO), еще один полупроводник, который, как известно, обладает высокой оптической прозрачностью. Поскольку никель является часто встречающимся элементом на Земле, а его оксид можно легко производить при низких промышленных температурах, то NiO также является отличным материалом для изготовления экологически чистых элементов.

Солнечный элемент, подготовленный исследователями, состоял из стеклянной подложки и металлооксидного электрода, поверх которого они нанесли тонкие слои полупроводников (сначала TiO2, затем NiO), и окончательного покрытия из серебряных нанопроволок, действующих как другой электрод в элементе. Они провели несколько тестов, чтобы оценить поглощение и пропускание света устройством, а также его эффективность в качестве солнечного элемента.

Их выводы были обнадеживающими: с эффективностью преобразования мощности 2,1% производительность ячейки была довольно хорошей, учитывая, что она нацелена только на небольшую часть светового спектра. Ячейка также была очень чувствительной и работала в условиях низкой освещенности. Более того, более 57% видимого света проходило через слои ячейки, придавая ей прозрачный вид. В заключительной части эксперимента исследователи продемонстрировали, как их устройство можно использовать для питания небольшого двигателя. «Хотя этот инновационный солнечный элемент все еще находится в зачаточном состоянии, наши результаты убедительно свидетельствуют о том, что возможно дальнейшее их улучшение за счет оптимизации оптических и электрических свойств элемента», - предполагает профессор Ким.

Теперь, когда ученые продемонстрировали практичность прозрачного солнечного элемента, они надеются еще больше повысить его эффективность в ближайшем будущем. Только дальнейшие исследования могут сказать, действительно ли такие элементы станут реальностью, но при всех намерениях и целях эта новая технология открывает - в буквальном смысле - окно в будущее чистой энергии.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365