Содержание
Международная команда ученых под руководством исследователей из Университетского колледжа Лондона (UCL) разработала солнечные панели для помещений, которые в шесть раз эффективнее существующих аналогов. Эта технология может сделать ненужными батарейки в пультах дистанционного управления, клавиатурах, датчиках, сигнализациях и других домашних устройствах.
Хотя разработка пока находится на лабораторной стадии, тесты показали, что новые панели не только превосходят коммерческие аналоги по эффективности, но и отличаются повышенной долговечностью. Это открывает широкие возможности для их коммерческого применения.
Перовскитные панели уменьшают потери энергии
Традиционные кремниевые солнечные панели, несмотря на свою распространенность, недостаточно эффективны при работе в условиях комнатного освещения. В отличие от них, перовскитные панели лучше адаптированы к определенным длинам световых волн, что делает их более подходящими для использования внутри помещений. Кроме того, их производство дешевле и проще.
«Перовскитные солнечные элементы используют доступные материалы и могут производиться с помощью простых процессов, таких как печать», — пояснил доктор Моджтаба Абди-Джалеби, старший автор исследования.
Однако у перовскитных элементов есть существенный недостаток: их кристаллическая структура содержит микроскопические дефекты, так называемые «ловушки». В них электроны теряют энергию, которая превращается в тепло, а не в электричество. Это также ускоряет деградацию панелей со временем.
Тройная обработка повышает эффективность
Чтобы решить эту проблему, ученые модифицировали структуру перовскита, добавив хлорид рубидия для более равномерного роста кристаллов. Затем они ввели два органических соединения — N-диметилоктиламмония йодид (DMOAI) и фенэтиламмония хлорид (PEACl), которые стабилизировали ионы и предотвратили их расслоение.
«Мы словно собрали разрезанный торт обратно, позволив заряду двигаться свободнее», — объяснил ведущий автор исследования, аспирант UCL Симин Хуан.
Рекордные показатели и долговечность
В ходе испытаний новые панели продемонстрировали рекордную эффективность преобразования энергии — 37,6% при освещенности в 1000 люкс (уровень хорошо освещенного офиса). Это мировой рекорд для солнечных элементов с шириной запрещенной зоны 1,75 эВ, оптимизированных для работы в помещении.
Тесты на долговечность также показали отличные результаты: после 100 дней эксплуатации панели сохранили 92% начальной эффективности, тогда как обычные элементы — только 76%. Даже после 300 часов работы при температуре 55 °C новые панели сохранили 76% производительности, в то время как контрольные образцы упали до 47%.
Перспективы замены батарей
«Наши панели не только эффективнее коммерческих, но и значительно долговечнее прототипов», — отметил Абди-Джалеби. По его словам, эта технология открывает путь к созданию устройств, работающих от окружающего освещения.
Ученые подчеркивают, что миллиарды маломощных устройств по-прежнему зависят от батареек, что неэкологично и неудобно. С расширением Интернета вещей эта проблема будет только усугубляться.
Хотя технология пока не вышла за пределы лаборатории, исследователи уже ведут переговоры с промышленными партнерами о масштабировании и коммерческом внедрении.
Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
