ACS Applied Energy Materials: Разработаны солнечные батареи для помещений

Так называемый Интернет вещей — от домашних систем безопасности, подключенных к Wi-Fi, до умных унитазов — привносит персонализацию и удобство в работу устройств, помогающих управлять домом. Но вместе с ними приходят запутанные электрические шнуры или батареи, которые необходимо менять.

Теперь исследователи, представившие доклад в журнале ACS Applied Energy Materials, перенесли технологию солнечных батарей в помещение для питания «умных» устройств. Они показали, какие фотоэлектрические системы лучше всего работают при освещении холодными белыми светодиодами — распространенным типом освещения в помещениях.

Освещение в помещении отличается от солнечного света. Лампы накаливания более тусклые, чем солнце, а солнечный свет включает в себя ультрафиолетовое, инфракрасное и видимое излучение, в то время как лампы в помещениях обычно излучают свет из более узкой области спектра. Ученые нашли способы получения энергии из солнечного света с помощью фотоэлектрических солнечных панелей, однако эти панели не оптимизированы для преобразования света в помещении в электрическую энергию.

Некоторые фотоэлектрические материалы нового поколения, включая минералы перовскита и органические пленки, были протестированы при освещении помещений, однако неясно, какие из них наиболее эффективны для преобразования неестественного света в электричество; во многих исследованиях для тестирования фотоэлектрических панелей, изготовленных из разных материалов, использовались различные типы освещения помещений. Так, Ули Вюрфель и соавторы сравнили ряд различных фотоэлектрических технологий при одном и том же типе освещения в помещении.

Исследователи получили восемь типов фотоэлектрических устройств — от традиционного аморфного кремния до тонкопленочных технологий, таких как солнечные элементы с сенсибилизацией красителем. Они измерили способность каждого материала преобразовывать свет в электричество сначала под имитацией солнечного света, а затем под холодным белым светодиодным светом.

• Фотоэлементы из фосфида галлия-индия показали наибольшую эффективность при освещении помещений, преобразовав в электричество почти 40% световой энергии.
• Как и ожидали исследователи, эффективность галлийсодержащего материала при солнечном свете оказалась скромнее, чем у других тестируемых материалов, что объясняется его большой полосовой щелью.
• Материал, называемый кристаллическим кремнием, показал наилучшую эффективность при солнечном свете, но среднюю — при освещении помещений.

Фосфид индия галлия пока не используется в коммерческих фотоэлементах, но данное исследование указывает на его потенциал за пределами солнечной энергетики, говорят исследователи. Однако они добавляют, что галлийсодержащие материалы дороги и не могут служить массовым продуктом для питания систем «умного дома».

В отличие от них перовскитовые минеральные и органические пленочные фотоэлементы менее дороги и не имеют проблем со стабильностью в условиях внутреннего освещения. Кроме того, в ходе исследования ученые установили, что часть световой энергии в помещении вырабатывает тепло, а не электричество — информация, которая поможет оптимизировать будущие фотоэлементы для питания устройств в помещениях.

09.11.2023