Снимка: Tohoku
Соларните панели отдавна получават критики за външния им вид. Някои хора твърдят, че големите, непрозрачни панели развалят външния вид на домовете и бизнеса. Група изследователи са разработили силно прозрачна соларна клетка, използвайки 2D атомен лист, който може да промени отношението към соларната енергия. Тези почти невидими соларни клетки имат средна видима прозрачност от 79%, което означава, че могат да бъдат поставени навсякъде, включително прозорци на сгради, предни панели на автомобили и дори върху човешка кожа.
Учените се опитват да разработят прозрачни соларни клетки от години, но до сега не съществуваха подходящи материали. За да създадат соларна клетка, изследователите контролират контактните бариери между индиев калаен оксид (ITO), един от най-широко използваните прозрачни проводими оксиди, и монослоен волфрамов дисулфид. Те покриват ITO с различни тънки метали и вмъкват тънък слой волфрамов оксид между покрития ITO и волфрамовия дисулфид.
„Начинът, по който формирахме соларната клетка, доведе до ефективност на преобразуване на енергия над 1000 пъти по-висока от тази на устройство, използващо нормален ITO електрод“, каза Toshiaki Kato, авторът на статията и доцент в Университета по инженерство на Tohoku.
За да тестват потенциалните приложения на прозрачните соларни клетки, изследователите ги интегрират в модул и го поставят върху стъклен прозорец. Модулът поддържа висока прозрачност и изследователите измерват ефективността му с помощта на соларен симулатор.
Резултатите показват, че модулът генерира плътност на мощността от приблизително 13 миливата на квадратен сантиметър, което е сравнимо с други технологии за прозрачни соларни клетки.
Групата не спира дотук. Те проучват как приложението на тяхната соларна клетка може да бъде разширено за използване в истински соларен панел.
„Ние открихме подходящите модификации на дизайна, необходими за избягване на неочакван спад на напрежението, който придружава увеличаването на площта на устройството“, каза Kato.
Потенциалното въздействие на прозрачните соларни клетки
Прозрачните соларни клетки имат потенциала да революционизират енергийната индустрия чрез нови начини, по които може да се използва соларната енергия. Традиционните соларни панели са ограничени до покриви и други големи плоски повърхности, но прозрачните слънчеви клетки могат да бъдат интегрирани в сгради и превозни средства, както и в повърхности, които не се използват за производство на енергия.
Потенциалните приложения на прозрачните соларни клетки са многобройни. Те могат да се използват за създаване на ново поколение енергийно ефективни сгради, които генерират собствена енергия, като същевременно позволяват навлизането на естествена светлина. Те биха могли да се използват и за захранване на електрически превозни средства, което ще увеличи техния обхват и ще ги направи по-устойчиви.
Прозрачните соларни клетки могат да се използват в различни потребителски продукти, като смартфони и други електронни устройства. Това може да елиминира необходимостта от зарядни устройства и захранващи банки, тъй като устройствата ще могат да се зареждат самостоятелно от околната светлина.
Те могат да окажат значително въздействие върху околната среда чрез намаляване на нуждата от традиционни енергийни източници. Соларната енергия е чист и възобновяем източник на енергия, който не произвежда емисии на парникови газове, които допринасят за изменението на климата.
Разработването на прозрачни соларни клетки
Разработването на прозрачни соларни клетки е дълъг процес, като изследователите са изправени пред множество пречки по пътя.
Едно от основните предизвикателства е намирането на подходящ материал за соларната клетка. Материалът трябва да бъде прозрачен, проводим и способен да преобразува светлината в електричество. Той трябва да бъде стабилен и издръжлив, тъй като ще бъде изложен на обработка.
Изследователите са изпробвали различни материали, включително органични и неорганични, но повечето са били твърде непрозрачни или недостатъчно ефективни, за да произвеждат значителни количества електричество.
Използването на 2D материали, като графен и волфрамов дисулфид, изглежда обещаващо. Тези материали са тънки и прозрачни и имат способността да провеждат електричество. Въпреки това, те са крехки и може да бъде трудно да се работи с тях.
Прозрачните соларни клетки могат да бъдат интегрирани в прозорци на сгради, за да генерират електричество, без да пречат на гледката или да променят външния вид на сградата. Това може да бъде особено полезно за небостъргачи, които имат голяма площ от стъклени прозорци. Те могат да бъдат интегрирани в предните панели на автомобилите, за да осигурят захранване за бордовата електроника или дори за електрическия мотор.
Друго потенциално приложение е в преносимите технологии. Почти невидимите соларни клетки могат да бъдат интегрирани в дрехи или аксесоари, за да осигурят захранване за малки електроники като смарт часовници или фитнес тракери. Те могат да бъдат интегрирани в човешка кожа за захранване на медицински устройства като пейсмейкъри или монитори за глюкоза.
Изследователите признават, че все още има предизвикателства, които трябва да бъдат разрешени, преди тези прозрачни соларни клетки да намерят широко приложение.