Кристаллический кремний с 1950-х годов является главным компонентом для производства солнечных панелей. По сравнению с альтернативами, этот материал обеспечивает высокую выработку энергии и стабильность. К сожалению, солнечные батареи из него непрозрачны, что ограничивает возможности их применения. Но, кажется, ученым только что удалось обойти это ограничение.
Инженеры Национального института науки и технологий Ульсана (Южная Корея) нашли способ сделать солнечные панели полупрозрачными. Эффект достигается благодаря созданию мельчайших отверстий в кремнии. Разработка подробно описана в свежем выпуске журнала Joule.
Зачем нужны прозрачные панели?
Прозрачные солнечные элементы могут иметь огромное значение для возобновляемой энергетики. Сегодня возможности для установки солнечных элементов ограничены. Вы, например, не можете вставить классическую панель вместо оконного стекла, поскольку весь функционал окна при этом теряется. Вы попросту закрываете себе обзор непрозрачным листом. Окна, между тем, носят не только декоративное значение, но и позволяют экономить на освещении в светлое время суток. Отгородившись от дневного света, вы начнете потреблять больше электроэнергии, нивелируя весь позитивный эффект солнечной панели.
Прозрачные солнечные батареи можно использовать буквально везде, где используется обычное стекло - в окнах, стеклянных мансардах, даже в дисплеях электронных устройств. Представьте только, что ваш смартфон генерирует энергию собственным дисплеем. Конечно, этой энергии ему не хватит для полной автономии, но какое-то дополнительное время работы он выиграет.
Как это работает?
Ученые всего мира уже давно пытаются создать прозрачную солнечную панель. Они испытывали различные сочетания материалов, но, как правило, получаемые образцы оказывались либо неэффективными, либо недолговечными, либо недостаточно прозрачными, либо придавали свету неестественный красный оттенок.
По словам корейских инженеров, их вариант является лучшим из всего, что предлагалось ранее. “Члены моей команды пришли к выводу, что кристаллический кремний является лучшим материалом для разработки прозрачного высокоэффективного, высокостабильного солнечного элемента. Сначала эта идея показалась нам самой безумной, ведь кристаллический кремний абсолютно непрозрачен. Именно поэтому до нас никто и не пытался создавать прозрачную панель на основе этого материала”, - говорит Кваньонг Со, ведущий автор исследования.
Несмотря на изначальные сомнения, Со и его команде удалось совершить прорыв. А если выражаться точнее - множество крошечных “прорывов”. Ведь новшество заключается в том, что в кремниевой пластине попросту наделали миллионы отверстий толщиной с человеческий волос. Отверстия расположены тщательно продуманным образом, а потому невидимы для человеческого глаза. Тем не менее, сквозь них проходит естественный свет. Важно, что такая конструкция позволяет избежать появления красноватого оттенка. Голубое небо выглядит голубым, хотя и чуть более темным. В целом, панель выглядит как обычное слегка тонированное стекло.
Конечно, сверление не обошлось даром. Эффективность прозрачного солнечного элемента составляет около 12,2%, в то время как традиционная непрозрачная панель выдает 20-25%. Но этот результат намного лучше того, что выдают другие прототипы прозрачных панелей.
Также сетчатая структура повысила эффективность панели при работе под углом к солнечным лучам. Если традиционную непрозрачную солнечную панель вы поставите вертикально, как оконное стекло, ее эффективность тут же снизится на 30%. Прозрачную панель можно вертеть как угодно почти без ущерба для эффективности. Так, будучи установленной вертикально, под большим углом к солнечным лучам, панель снизила свою эффективность всего на 4%. Таким образом, она идеально подходит на роль замены оконного стекла.
Создание прозрачных панелей практически ничем не отличается от создания обычных элементов. Производственный процесс усложняется всего на один ход - сверление отверстий. А значит, массовое производство таких элементов не должно стать проблемой. Впрочем, сперва ученые планируют довести эффективность своей разработки до 15%.
