У найближчому майбутньому наші вікна будуть виробляти електроенергію

Дослідники з Каліфорнійського Університету в Лос-Анжелесі (University of California, Los Angeles) створили прозорий сонячний елемент (елемент сонячної батареї), що є важливим кроком на шляху розвитку технології, яка в майбутньому дозволить покривати вікна в різних будівлях виробляючми енергію шарами, при цьому досить прозорими для того щоб добре пропускати вуличне світло. Наукова робота була недавно опублікована в журналі ACS Nano.

Команда з Каліфорнійського Університету призводить опис нового типу полімерного сонячного елемента (polymer solar cell, PSC), який виробляє енергію, поглинаючи головним чином інфрачервоне випромінювання, а не видиме світло, завдяки чому вже зараз рівень прозорості з точки зору людського сприйняття становить майже 70 відсотків. Пристрій було виготовлено з фотоактивного пластика, що перетворює інфрачервоне випромінювання в електричну енергію.

«Результати нашої роботи розкривають потенціал нових візуально прозорих полімерних сонячних елементів, які можна буде використовувати в якості компонетів для портативної електроніки,«розумних» вікон і вбудованих в будівлі фотоелементних систем», - вважає керівник дослідження Янг Янг (Yang Yang), професор з Каліфорнійського університету, що займається вивченням нових матеріалів, і за сумісництвом директор нанотехнологічної Центру відновлюваної Енергії в Каліфорнійському Інституті наносистем (the Nano Renewable Energy Center at California Nano Systems Institute, CNSI).

Прототип нового виду фотоелементів

За словами Янга, останнім часом в світі помітно зріс інтерес до так званих сонячних елементів на основі полімерів. «Наші нові сонячні елементи виготовлені з пластично-подібних матеріалів і тому дуже легкі і гнучкі», - зазначає Янг. «І що більш важливо, їх можна виробляти у великих кількостей з мінімальними витратами».

Полімерні сонячні елементи привертають величезну увагу з боку енергетичної індустрії, так як мають серйозні переваги в порівнянні з іншими технологіями виробництва сонячних елементів. Вчені активно досліджують цей тип сонячних елементів також через можливість їх застосування в інших сферах. Наприклад, на основі нової технології можна створювати високопродуктивні прозорі фотогальванічні пристрої (photovoltaic, PV), в тому числі PV-системи, що вбудовуються в будівлі, і фотогальванічні зарядні пристрої для портативної електроніки.

Раніше було зроблено безліч спроб отримати візуально прозорі або напівпрозорі полімерні сонячні елементи. Однак, як правило, демонстраційні моделі пристроїв володіли або низьким ступенем прозорості, або невисокою ефективністю - головним чином через невдале розміщення відповідних полімерних фотогальванічних матеріалів і ефективних прозорих провідників в конструкції пристроїв.

Полімерні сонячні елементи - прозорі, легкі і гнучкі

Об'єднана команда дослідників з Каліфорнійського Інституту наносистем, Школи інженерних і прикладних наук ім. Генрі Самуель (Henry Samueli School of Engineering) і Хімічного факультету Каліфорнійського Університету змогла створити високо-продуктивні прозорі для видимого спектру випромінювання полімерні сонячні елементи за рахунок застосування чутливого до інфрачервоного світла полімеру і срібного нанопровідника композитної плівки, нанесеної на прозорий електрод. Інфрачервоний фотоактивний полімер вловлює більше інфрачервоного випромінювання, хоча в той же час він менш чутливий до видимого світла, що відбивається на балансі рівнів продуктивності і прозорості сонячного елемента.

Ще одним важливим досягненням стала поява прозорого провідного компонента. Непрозорий металевий електрод, який використовували раніше в сонячних елементах, замінили провідником, виготовленим із суміші срібних нанопроводников і наночастинок з діоксиду титану. Завдяки нанокомпозитній методиці виробництва новий тип провідника відрізняється помітно меншою вартістю, а рівень ефективності перетворення енергії полімерним сонячним елементом на даний момент сягає 4 відсотків.

Традиційні сонячні батареї, можливо, залишаться в минулому

«Новий чудовий винахід наших колег дуже вдало доповнює наші попередні успіхи в області створення прозорих проводять вікон і, за великим рахунком, є логічним продовженням нашої роботи», - заявляють Пол Вайс (Paul S.Weiss), директор Каліфорнійського Інституту наносистем, і Фред Кавлі (Fred Kavli), голова дослідницького підрозділу Інституту наносистем.

На думку фахівців, подальше удосконалення полімерної технології дозволить збільшити рівень прозорості сонячних елементів і почати їх повсюдне впровадження. У сучасних будівлях значну частину площі стін (а іноді і дахів) займають саме вікна, покриття з прозорих фотоактивних елементів дозволить в майбутньому зробити будівлі набагато більш незалежними. Крім того, нові полімерні сонячні елементи мають традиційні для пластиків властивості на кшталт малої ваги, гнучкості і порівняно високої міцності, тому такі елементи можна буде встановлювати в компактні і мобільні електронні пристрої.