Команда ученых из Национального университета Сингапура разработала новый тип солнечных элементов, который использует контраст света и тени для выработки электроэнергии.
Он работает путем нанесения сверхтонкого золотого покрытия на кремний, типичный материал для солнечных батарей и так же, как солнечный свет, сияющий на кремнии, возбуждает его электроны. Однако с добавлением слоя золота генератор энергии с эффектом тени производит электрический ток, когда часть устройства находится в тени.
Команда, возглавляемая доктором Су Чинг Таном, называет это устройство генератором энергии с эффектом тени (SEG), а статья, в которой подробно объясняется принцип, есть в журнале Energy & Environmental Science.
Возбужденные электроны прыгают с кремния на золото. С затенением части устройства напряжение освещаемого металла увеличивается относительно темной области, и электроны в генераторе перетекают от высокого к низкому напряжению. Посылка их через внешнюю цепь создает электрический ток.
SEG должен быть как в свете, так и в тени, чтобы работать; если он полностью освещен или полностью затенен, он не будет работать. Однако, когда вы представляете себе что-то вроде Манхэттена, где небоскребы создают постоянно меняющуюся обстановку светлых оттенков, полезность этого становится очевидной. И в качестве дополнительного бонуса, солнечные элементы SEG также легче производить, чем коммерческие кремниевые солнечные элементы.
«Производственный процесс намного проще, это всего лишь один шаг», - сказал Форбс Све Чинг Тан, ученый-материаловед из Национального университета Сингапура. «Мы можем генерировать энергию где угодно на Земле, а не только на открытых пространствах».
«В обычных фотоэлектрических панелях, где для питания устройств используется постоянный источник света, тени оказывают негативное влияние, поскольку это снижает производительность устройств. В этой работе мы использовали контраст освещения, вызванный тенями как косвенным источником энергии. Контраст в освещении вызывает разницу напряжения между теневым и освещенным участками, и в результате мы получаем электрический ток », - сказал Тан.
Панель состоит из набора ячеек SEG, расположенных на гибкой и прозрачной пластиковой пленке. Каждая ячейка SEG представляет собой тонкую пленку золота, нанесенную на кремниевую пластину. Затем команда провела эксперименты, чтобы проверить производительность SEG в производстве электроэнергии и в качестве датчика с автономным питанием.
Основываясь на лабораторных экспериментах, четырехэлементный SEG в два раза эффективнее по сравнению с коммерческими кремниевыми солнечными батареями. Собранной энергии от SEG в присутствии теней, создаваемых в условиях внутреннего освещения, достаточно для питания цифровых часов (т.е. 1,2 В).
«В статье из Национального университета Сингапура представлен инновационный и многообещающий метод сбора энергии из необычного источника - контраста между светом и тенями. Такое сочетание креативности и строгого технического понимания является отличным примером того, как ученые всего мира решают насущную проблему возобновляемой энергии», - говорит докторр Сэм Келти, исполнительный редактор журнала Energy & Environmental Science (EES)
В настоящее время Тан и его команда нашли применение своего устройства в очень узких сферах, например, для зарядки мобильных телефонов, но их устройство всё же имеет очень серьёзный потенциал.
«Работа займет несколько лет. Так что это только первый прототип. Таким образом, нам еще предстоит проделать большую работу для дальнейшего повышения эффективности», - сказал Тан.