Прозорі сонячні батареї встановили новий рекорд енергоефективності

Американські та китайські хіміки розробили сонячні панелі з 10,8% енергоефективності та 45,7% прозорості — рекордними показниками для елементів такого типу. Фасади хмарочосів можуть стати ідеальним місцем для подібних сонячних батарей — нові панелі нагадують скло від звичайних сонцезахисних окулярів.

Створення прозорих сонячних панелей — одна з найцікавіших областей сучасної фотовольтаїки. Такі сонячні батареї можна буде вбудовувати в вікна будинків і отримувати додаткову електроенергію без шкоди для зовнішнього вигляду будівлі та освітленості всередині. Однак створити пристрої, що поєднують високу ефективність та достатню світлопроникність, дуже складно.

Можна сказати, що ці параметри конкурують один з одним — чим більше фотонів пройде наскрізь через сонячний елемент, тим менше фотонів буде поглинено в активному шарі, і тим менше енергії виробить панель. Втім, якогось балансу досягти можна: для цього треба шукати матеріали з високим коефіцієнтом поглинання поза видимої області спектра, а також максимально ефективно використовувати енергію поглинених фотонів.

Об’єднана команда вчених з Державного університету Північної Кароліни, Університету Сучжоу в Китаї та Національної лабораторії SLAC, під керівництвом Стівена Форреста з Мічиганського університету, зуміли отримати прозорі сонячні панелі з високою ефективністю. При розробці панелей фахівці використовували органічні сполуки на основі карбону, замість звичного кремнію, і змогли отримати «вікна, що генерують енергію», які можуть бути встановлені на фасаді будь-якої сучасної будівлі.

«Новий матеріал, який ми розробили, і структура пристрою, яку ми створили, забезпечують гарне поглинання сонячного світла, високу напругу, високий струм, низький опір та прозорість з нейтральним кольором», заявив співавтор розробки Йонгхі Лі.

Новий матеріал, це комбінація з двох органічних молекул, спроєктованих для поглинання світла в ближньому інфрачервоному діапазоні, на який припадає велика частина енергії сонячного світла. Вченим вдалося розробити оптичне покриття для збільшення потужності, яке одночасно підвищує як ефективність панелей, так і їх прозорість. Останні два чинники, раніше, суперечили один одному.

Команда показала дві версії матеріалу. Перша, нейтральна за кольором, використовувала електрод з оксиду індію та олова і продемонструвала 43,3 ± 1,2% прозорості та 8,1 ± 0,3% ефективності. Друга версія була заснована на срібному електроді та підвищила ефективність до 10,8 ± 0,5% при прозорості 45,7 ± 2,1%, проте отримала «зеленуватий відтінок», який може не підійти для фасадів деяких будівель.

Обидві версії можуть виготовлятися великими партіями. Елементи також можуть бути розміщені не замість вікон, а між склопакетами — енергоефективність від цього не постраждає. Далі Форрест і його колеги планують зайнятися підвищенням стабільності панелей — поки що в цьому параметрі прозорі сонячні елементи помітно поступаються традиційним кремнієвим сонячним елементам.

Результати дослідження опубліковані на сайті PNAS.

За матеріалами: https://ecotech.news