Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме представили необычную разработку — полупрозрачные солнечные элементы с настраиваемым цветом, которые можно буквально 3D-печатать прямо на окна, фасады зданий и гибкие поверхности.
В отличие от привычных солнечных панелей с их утилитарным, «промышленным» обликом, новая технология предлагает архитекторам и дизайнерам выбор: оставить стекло слегка прозрачным или превратить его в яркий, цветной элемент фасада. По сути, солнечная батарея перестаёт быть отдельным устройством и становится частью архитектуры.
Как работает новая технология
Классическая проблема солнечных панелей хорошо известна: чем больше света они поглощают, тем меньше его проходит сквозь них. А значит, высокая эффективность почти всегда идёт вразрез с прозрачностью.
Команда под руководством профессоров Шломо Магдасси и Лиоза Этгара решила взглянуть на задачу «под микроскопом» — в буквальном смысле. Учёные применили 3D-печать для создания микроскопических полимерных столбиков, формирующих точный оптический рисунок на поверхности элемента.
Эти структуры работают как высокоточные «световые затворы». Изменяя расстояние между ними, исследователи могут строго дозировать, сколько света проходит сквозь солнечную ячейку. При этом химический состав самого фотоактивного материала не меняется — регулировка происходит исключительно за счёт геометрии.
Важно и то, как именно изготавливаются такие элементы. Процесс обходится без экстремально высоких температур и токсичных химикатов, характерных для традиционного производства. Это делает технологию более экологичной и, что особенно важно, совместимой с гибкими подложками — плёнками и пластиковыми листами.
«Мы хотели переосмыслить сам принцип достижения прозрачности в солнечных элементах, — объясняет профессор Магдасси. — 3D-печатные полимерные структуры из нетоксичных материалов позволяют точно управлять распространением света, а сам подход остаётся масштабируемым и практичным».
Цвет без потери эффективности
Архитекторы давно с осторожностью относятся к солнечному стеклу: оно часто выглядит мутным или приобретает неэстетичный коричневатый оттенок. В новой разработке эту проблему удалось обойти.
Команда скорректировала толщину прозрачного электродного слоя, заставив его избирательно отражать определённые длины волн. В результате солнечные элементы могут окрашиваться в разные насыщенные цвета — напоминая высокотехнологичный витраж, — тогда как остальная часть светового спектра продолжает проходить внутрь и участвовать в выработке электроэнергии.
По словам профессора Этгара, ключевое преимущество технологии — в гибкости настроек: «Мы можем одновременно управлять внешним видом и механической гибкостью устройства, не жертвуя производительностью. Это делает такие элементы особенно перспективными для солнечных окон и модернизации уже существующих зданий».
Эффективность и надёжность
Лабораторные испытания показали, что гибкие перовскитные элементы достигают КПД 9,2% при прозрачности около 35% — редкий и ценный компромисс для оконных конструкций.
Кроме того, ячейки продемонстрировали устойчивость к реальным нагрузкам: они сохраняли стабильную работу при длительной эксплуатации и многократном сгибании. Это важный аргумент в пользу их применения в архитектуре, где материалы ежедневно сталкиваются с перепадами температуры, ветровыми нагрузками и механическими деформациями.
Зачем это нужно и что дальше
В перспективе технология позволит наносить энергособирающие слои на тонкие и изогнутые поверхности — от пластиковых панелей до фольги. Это открывает путь к миру, где генерация энергии становится частью окружающей среды: смартфоны смогут понемногу подзаряжаться от рассеянного света, а автомобильные люки — автономно питать системы климат-контроля.
Пока же исследователи сосредоточены на доработке защитных инкапсулирующих слоёв — тонких покрытий, которые должны обеспечить стабильную работу солнечных элементов на протяжении десятилетий даже в сурных погодных условиях.
Результаты работы опубликованы в научном журнале EES Solar.
