На пути к невидимым 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 Джундонг Ким с кафедры электротехники Инчхонского национального университета, Корея. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале «Источники энергии», он и его коллеги подробно описывают свое последнее изобретение: полностью прозрачный солнечный элемент. «Уникальные свойства прозрачных фотоэлектрических элементов могут найти различные применения в человеческих технологиях», - говорит профессор Ким.

Идея прозрачных солнечных элементов хорошо известна, но это новое приложение, в котором ученые смогли реализовать эту идею на практике, является важным новым открытием. В настоящее время материалы, делающие солнечный элемент непрозрачным, представляют собой полупроводниковые слои, отвечающие за улавливание света и его преобразование в электрический ток. Таким образом, профессор Ким и его коллеги рассмотрели два потенциальных полупроводниковых материала, которые предыдущие исследователи определили 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 (часть светового спектра, невидимая невооруженным глазом), пропуская большую часть видимого диапазона. Вторым исследуемым материалом для создания этого перехода был оксид никеля (NiO), другой полупроводник, который, как известно, обладает высокой оптической прозрачностью. Поскольку никель является одним из элементов, содержащихся в тумане на Земле, а его оксид можно легко производить при низких промышленных температурах, 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 окончательное покрытие из серебряных нанопроволок, действующих как другие электродs в ячейке. 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 отзывчивой и работала в условиях низкой освещенности. Более того, более 57% видимого света проходило через слои клетки, придавая клетке этот 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 улучшение прозрачных фотоэлектрических элементов за счет оптимизации оптических и электрических свойств элемента», - предполагает профессор Ким.

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