Gotovo nevidljive prozirne solarne ćelije

Zamislite automobil čiji prozori i krovni otvor mogu pomoći u punjenju baterije dok je parkiran na suncu ili par pametnih naočala čije leće mogu skupljati svjetlost za napajanje ugrađene elektronike.

Takve primjene mogle bi postati izvedivije s novom vrstom ultra tanke prozirne solarne ćelije koju su razvili znanstvenici s Tehnološkog sveučilišta Nanyang u Singapuru (NTU Singapore).

Predvođeni profesoricom Annalisom Bruno, istraživači NTU-a stvorili su perovskitne solarne ćelije koje su oko 10.000 puta tanje od vlasi ljudske kose i oko 50 puta tanje od konvencionalnih perovskitnih solarnih ćelija.

Unatoč svojoj tankoći, uređaji su postigli neke od najvećih učinkovitosti pretvorbe energije zabilježenih za ultra tanke perovskitne solarne ćelije do sada.

Nedavno objavljeni u znanstvenom časopisu ACS Energy Letters, njihovi nalazi mogli bi utrti put solarnim ćelijama koje se mogu integrirati u zgrade, vozila i nosive uređaje bez značajne promjene njihovog izgleda.

Budući da su nove solarne ćelije poluprozirne i neutralne boje, potencijalno bi se mogle ugraditi u prozore i fasade bez značajne promjene izgleda zgrade.

Za razliku od konvencionalnih silicijskih solarnih ćelija, ovi uređaji na bazi perovskita sposobni su generirati električnu energiju čak i pod uvjetima neizravne sunčeve svjetlosti i difuznog svjetla. To ih čini posebno prikladnima za urbani okoliš Singapura, gdje vertikalne površine zgrada i česti naoblaci često ograničavaju izravnu izloženost sunčevoj svjetlosti.

Na primjer, ako bi se tehnologija povećala uz održavanje sličnih performansi, velike staklene fasade mogle bi se transformirati u aktivne površine za proizvodnju solarne energije.

Preliminarne procjene sugeriraju da bi postavljanje preko velike zgrade sa staklenom fasadom, teoretski moglo generirati nekoliko stotina megavat-sati električne energije godišnje.

Ovisno o korisnoj površini stakla i orijentaciji zgrade, ova razina proizvodnje energije bila bi ekvivalentna godišnjoj potrošnji električne energije oko 100 četverosobnih stanova.

Perovskitne solarne ćelije sastoje se od nekoliko slojeva, uključujući poluvodički sloj koji apsorbira sunčevu svjetlost i pretvara je u električnu energiju.

Za izradu ultratankih ćelija, NTU tim je koristio industrijski kompatibilnu metodu poznatu kao termičko isparavanje. U ovom procesu, izvorni materijali se zagrijavaju u vakuumskoj komori dok ne ispare. Para se zatim taloži na površini, gdje formira tanki film.

Metoda omogućuje nanošenje vrlo tankih i ujednačenih perovskitnih slojeva na velike površine. Također izbjegava upotrebu otrovnih otapala i pomaže u smanjenju nedostataka u solarnim ćelijama, poboljšavajući njihovu sposobnost pretvaranja svjetlosti u električnu energiju.

Prilagođavanjem procesa, istraživači su mogli kontrolirati debljinu perovskitnog sloja i stvoriti i neprozirne i poluprozirne uređaje.

Tim vjeruje da je ovo prvi put da su ultratanke perovskitne solarne ćelije u potpunosti izrađene korištenjem procesa temeljenih na vakuumu. To bi moglo učiniti tehnologiju prikladnijom za veliku industrijsku proizvodnju u budućnosti.

Koristeći tu tehniku, istraživači su proizveli ultra tanke slojeve perovskitnog apsorbera debljine do 10 nanometara, a pritom zadržali korisne performanse solarnih ćelija.

U neprozirnim uređajima, ćelije su postigle učinkovitost pretvorbe energije od oko 7 posto, 11 posto i 12 posto za perovskitne slojeve dimenzija 10, 30 i 60 nanometara.

Poluprozirna ćelija s perovskitnim slojem tankim 60 nanometara propustila je oko 41 posto vidljive svjetlosti, dok je sunčevu svjetlost pretvarala u električnu energiju s učinkovitošću od 7,6 posto.

Istraživači su sada u pregovorima s tvrtkama kako bi validirali i standardizirali proces toplinskog isparavanja korišten u ovoj studiji. Također će raditi na poboljšanju dugoročne stabilnosti, trajnosti i performansi perovskitnih solarnih ćelija na velikim površinama prije nego što se mogu komercijalno primijeniti.

Njihov iskorak označava važan korak prema prozirnim solarnim ćelijama koje se mogu integrirati u svakodnevne površine, od prozora zgrada do vozila i nosive elektronike, pomažući gradovima da generiraju više čiste energije bez potrebe za dodatnim zemljištem.