В последние годы солнечная энергетика развивается благодаря значительным достижениям в области фотоэлектрических технологий. После недавних инноваций в области перовскитовых солнечных элементов и низкоэффективных прозрачных солнечных панелей южнокорейские исследователи наконец-то разработали высокоэффективные прозрачные солнечные элементы. По словам исследователей, эта технология вскоре может быть интегрирована непосредственно в стеклянные поверхности смартфонов, автомобилей и зданий для обеспечения их энергией.
В марте прошлого года команда из Ульсанского национального университета науки и технологий (UNIST) в Южной Корее под руководством профессоров Ли Чжэ-Суна, Чан Чжи-Вука, Сок Сан-Иля и Лим Хан-Квона разработала фотоэлектрохимическое устройство для производства зеленого водорода. Совсем недавно другая команда UNIST при поддержке Корейского института оценки и планирования энергетических технологий (KETEP) совершила новое достижение, разработав кристаллический кремниевый солнечный элемент, сочетающий исключительную прозрачность и высокую эффективность.
Инновационный, компактный дизайн
Эти прозрачные солнечные элементы представляют собой многообещающее достижение в области производства возобновляемой энергии. В отличие от обычных солнечных батарей, они могут быть интегрированы непосредственно в стеклянные поверхности. Однако прежде чем сделать это, исследователям пришлось преодолеть ряд серьезных технических проблем, в частности, использовать металлические провода, которые снижали эффективность и эстетику. Чтобы преодолеть эти препятствия, исследовательская группа под руководством профессора Кваньонга Сео выбрала технологию «all-back-contact» (ABC).
Такая конфигурация позволяет разместить все компоненты солнечной батареи сзади, обеспечивая убедительный эстетический эффект. «Мы разместили все компоненты на задней стороне солнечной батареи, в результате чего передняя поверхность получилась абсолютно прозрачной и бесцветной, как у обычного стекла», — сказал Сео в пресс-релизе UNIST.
Исследователи также разработали метод модульной сборки под названием «бесшовная модульная сборка» для решения проблемы непрозрачных металлических проводов. Он заключается в том, что небольшие ячейки собираются в более крупный модуль, устраняя зазоры между ячейками и видимыми металлическими проводами. Таким образом, команде удалось создать модуль площадью 16 см² с прозрачными солнечными элементами, сравнимыми со стеклом.
Высокая производительность при прозрачности…
В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ученые показали, что после многочисленных испытаний прозрачные солнечные элементы ABC достигли эффективности преобразования энергии в 15,8 %. Что касается пропускания, то они пропускают 20 % видимого света.
В другой серии испытаний прозрачный фотоэлектрический модуль был использован для подзарядки смартфона, успешно продемонстрировав, что устройство можно использовать непосредственно на экране мобильного устройства для его питания. Исследователи также отметили, что модуль может генерировать напряжение в 10 вольт при мощности в 235 милливатт.
«Это исследование решает эстетические проблемы предыдущих прозрачных солнечных батарей и открывает новые перспективы для их использования в таких отраслях, как малая бытовая техника, здания и автомобильное остекление», — говорят соавторы исследования Чонгван Парк и Кангмин Ли.
«Мы открыли новый путь для исследования модульности, что крайне важно для коммерциализации прозрачных кремниевых солнечных элементов. Мы планируем продолжить нашу работу, чтобы эти прозрачные солнечные элементы стали ключевой технологией в завтрашней индустрии чистой энергии», — заключает профессор Сео.