Учёные Университетского колледжа Лондона (UCL) разработали новый тип солнечных элементов, способных эффективно вырабатывать энергию из искусственного освещения. Технология открывает путь к отказу от одноразовых батареек и может обеспечить энергией бытовые устройства прямо в домах и офисах.
Как работает новая технология
В основе инновации лежит перовскит — материал, уже используемый в уличных солнечных панелях. Его особенность в том, что его можно «настроить» для поглощения определённых длин волн, характерных для ламп и светодиодов. Однако до недавнего времени развитие этой технологии тормозили структурные дефекты кристаллов, мешавшие движению электронов и ускорявшие деградацию материала.
Чтобы решить проблему, исследователи добавили в процесс производства хлорид рубидия, который обеспечивает более равномерный рост кристаллов и уменьшает количество дефектов. Дополнительные стабилизирующие соединения препятствуют слиянию ионов галогенов (йодида и бромида) в отдельные фазы, что ранее нарушало электрический ток.
В результате удалось создать солнечный элемент с рекордной для помещений эффективностью преобразования — 37,6 % при освещении в 1000 люкс, что соответствует уровню ярко освещённого офиса. Этот показатель примерно в шесть раз выше, чем у лучших коммерческих аналогов.
Зачем это нужно
Помимо высокой эффективности, разработчики сделали акцент на долговечности. Испытания показали, что через 100 дней работы новые элементы сохраняли 92 % исходной производительности, тогда как обычные образцы — лишь 76 %. При более жёстком тестировании (300 часов при температуре 55 °C и ярком свете) устройства сохранили 76 % мощности, тогда как стандартные опустились ниже 50 %.
По оценке учёных, срок службы таких элементов в помещениях может превышать пять лет, что радикально отличается от недель или месяцев, характерных для прежних прототипов. Это позволит питать маломощные устройства вроде пультов, клавиатур, датчиков и пожарных извещателей без необходимости замены батареек.
«Сегодня миллиарды гаджетов требуют регулярной замены элементов питания — это неустойчивая практика. По мере роста интернета вещей таких устройств будет становиться ещё больше. Использование энергии от окружающего света — доступное и долговечное решение», — говорит руководитель исследования, доцент Института открытий материалов UCL Моджтаба Абди Джалеби.
Перовскит отличается относительно низкой себестоимостью: его можно изготавливать из доступного сырья простыми методами, вплоть до печати по аналогии с газетной. Команда UCL уже ведёт переговоры с промышленными партнёрами о масштабировании технологии и запуске её на рынок.
Проект реализован при участии исследователей из Великобритании, Китая и Швейцарии и поддержан рядом организаций, включая Британский совет, Институт Генри Ройса и Департамент энергетической безопасности и достижения нулевых выбросов Великобритании.
