„Przezroczyste panele słoneczne” mogą nas przenieść w nową erę energii

Obecnie zbliżający się kryzys związany ze zmianami klimatycznymi wymaga odejścia od konwencjonalnie używanych paliw kopalnych na efektywne źródła zielonej energii. Doprowadziło to naukowców do przyjrzenia się koncepcji „spersonalizowanej energii”, która umożliwiłaby wytwarzanie energii na miejscu. Na przykład ogniwa słoneczne mogłyby być ewentualnie zintegrowane z oknami, pojazdami, ekranami telefonów komórkowych i innymi produktami codziennego użytku. Ale w tym celu ważne jest, aby panele słoneczne były poręczne i przejrzyste. W tym celu naukowcy opracowali ostatnio „przezroczyste urządzenia fotowoltaiczne” (TPV) – przezroczyste wersję tradycyjnego ogniwa słonecznego. W przeciwieństwie do konwencjonalnie ciemnych, nieprzezroczystych ogniw słonecznych (które pochłaniają światło widzialne), TPV wykorzystują „niewidzialne” światło, które mieści się w zakresie ultrafioletu (UV).

Rodzaje paneli

Konwencjonalne ogniwa słoneczne mogą być „typu mokrego” (na bazie roztworu) lub „typu suchego” (zbudowane z półprzewodników z tlenkiem metalu). Spośród nich ogniwa słoneczne typu suchego mają niewielką przewagę nad ogniwami mokrymi: są bardziej niezawodne, przyjazne dla środowiska i opłacalne. Ponadto tlenki metali są dobrze przystosowane do wykorzystania światła UV. Jednak pomimo tego potencjał TPV z tlenkami metali nie został do tej pory w pełni zbadany.

W tym celu naukowcy z Incheon National University w Korei opracowali innowacyjny projekt urządzenia TPV na bazie tlenku metalu. Włożyli ultra cienką warstwę krzemu (Si) między dwa przezroczyste półprzewodniki z tlenku metalu, aby opracować wydajne urządzenie TPV. Wyniki te zostały opublikowane w opracowaniu w Nano Energy, które zostało udostępnione w Internecie 10 sierpnia 2020 r. (Przed planowaną ostateczną publikacją w numerze z grudnia 2020 r.). Profesor Joondong Kim, który kierował badaniem, wyjaśnia. „Naszym celem było opracowanie przezroczystego ogniwa słonecznego wytwarzającego dużą moc, poprzez osadzenie ultracienkiej warstwy amorficznego silikonu pomiędzy tlenkiem cynku i tlenkiem niklu”.

Zalety

Ten nowatorski projekt składający się z folii Si miał trzy główne zalety. Po pierwsze, pozwoliło na wykorzystanie światła o dłuższych falach (w przeciwieństwie do gołych TPV).W dodatku, doprowadziło to do wydajnego zbierania fotonów. Ponadto, pozwoliło na szybszy transport naładowanych cząstek do elektrod. Ponadto projekt może potencjalnie generować energię elektryczną nawet przy słabym oświetleniu (na przykład w pochmurne lub deszczowe dni). Naukowcy potwierdzili ponadto zdolność urządzenia do wytwarzania energii, wykorzystując je do obsługi silnika prądu stałego wentylatora.

Na podstawie tych ustaleń zespół badawczy jest optymistą, że realne zastosowanie tego nowego projektu TPV będzie wkrótce możliwe. Jeśli chodzi o potencjalne zastosowania, jest ich wiele, jak wyjaśnia prof. Kim.„Mamy nadzieję rozszerzyć wykorzystanie naszego projektu TPV na wszelkiego rodzaju materiały, od szklanych budynków po urządzenia mobilne, takie jak samochody elektryczne, smartfony i czujniki”.

Nie tylko to, zespół jest podekscytowany, że może przenieść swój projekt na wyższy poziom, wykorzystując innowacyjne materiały, takie jak półprzewodniki 2D, nanokryształy tlenków metali i półprzewodniki siarczkowe.

Jak podsumowuje prof. Kim: „Nasze badania mają zasadnicze znaczenie dla zrównoważonej, zielonej przyszłości – zwłaszcza w celu połączenia systemu czystej energii bez śladu węglowego lub minimalnego”.