Окна научили вырабатывать электричество

Учёные Университетского колледжа Лондона (UCL) разработали полупрозрачные перовскитные солнечные элементы, которые могут использоваться в окнах зданий и одновременно вырабатывать электричество как из солнечного, так и из искусственного света.

Исследователи изготовили модуль размером 30 на 30 см. При испытаниях он преобразовывал в электричество 14% энергии солнечного света и до 22% энергии яркого комнатного освещения интенсивностью 1000 люкс. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.

Через материал проходит около 30% видимого света. Для сравнения, обычное оконное стекло обычно пропускает 80–90%, поэтому разработка пока ближе к тонированному остеклению, чем к полностью прозрачному окну. По мнению авторов, такие панели могут одновременно уменьшать нагрев помещений и частично обеспечивать здания электроэнергией. Наиболее заметным этот эффект может быть в жарком климате, где значительная часть энергии расходуется на кондиционирование.

В основе устройства находится слой перовскита толщиной около 185 нанометров — примерно в 500 раз тоньше человеческого волоса. Состав и толщину слоёв исследователи рассчитали так, чтобы сохранить часть прозрачности, не потеряв при этом слишком много эффективности.

Одной из проблем перовскитных элементов остаются дефекты кристаллической структуры, в которых могут задерживаться электроны. Для их уменьшения учёные добавили специальную молекулу, которая одновременно подавляет потери энергии и повышает устойчивость материала к разрушению.

Изменения потребовались и в конструкции электрода. Обычно в перовскитных элементах используется золото, которое плохо пропускает свет. В новом устройстве ультратонкий золотой слой разместили между двумя прозрачными слоями оксида молибдена, снизив отражение света.

В ходе ускоренного испытания незащищённый элемент после 300 часов непрерывного освещения сохранил около 80% первоначальной эффективности. Этот результат показывает определённый прогресс в устойчивости технологии, однако его пока недостаточно, чтобы судить о сроке службы окон в реальных условиях, где материал будет подвергаться перепадам температуры, влажности и воздействию ультрафиолета.

Перовскитные элементы тоньше и легче традиционных кремниевых панелей. Их можно наносить на стекло и потенциально использовать на фасадах, автомобильных окнах и других поверхностях сложной формы. При этом представленная разработка остаётся лабораторным прототипом: перед коммерческим применением потребуется увеличить размеры модулей, подтвердить их долговечность и разработать промышленную технологию производства.

Полупрозрачные фотоэлектрические покрытия рассматриваются как один из вариантов интеграции генерации непосредственно в здания. Такие окна не заменят обычные солнечные электростанции из-за меньшей эффективности и ограниченной прозрачности, но могут дополнить их там, где установка непрозрачных панелей невозможна.