Если вы читаете эту публикацию дома, в офисе или в кафе, сделайте паузу, оглянитесь и посмотрите, как много света вокруг вас. Даже если рядом горит небольшая лампа и с улицы падают блики фонарей, энергия этого света, многократно отразившись от разных поверхностей, просто исчезнет. А теперь представьте, что свет в вашей квартире можно поймать и использовать повторно. Indoor фотовольтаикой — использованием фотоэлементов внутри помещений — занимается группа учёных Сколтеха. Как работает эта технология, какие у неё коммерческие перспективы и почему скоро о пальчиковых и мизинчиковых батарейках можно будет забыть, объяснила исследователь Ольга Ямилова.
Основная цель этих очень маленьких солнечных батарей — питание устройств с небольшим потреблением. В их основе — материалы с определённой кристаллической структурой, которые называются перовскитами. В отличие от кремниевых батарей, которые заточены под спектр солнечного излучения, перовскитные плёночные фотоэлементы можно настроить под любой спектр с помощью изменения химического состава. Например, на тот, который исходит от домашних источников света в видимом диапазоне. К тому же такие батареи дешевле, их производство легче (можно печатать на специальных принтерах без вакуума), а итоговые изделия можно делать тонкими и гибкими под поверхность любой кривизны.
Но есть и минусы: перовскитные солнечные батареи в ближайшие годы вряд ли достигнут тех же сроков эксплуатации, что и кремниевые — они слишком чувствительны к высокоинтенсивному солнечному свету и высоким температурам. Поэтому лучшая среда для таких батарей — разнообразные помещения умных домов и производств, где используются микродатчики, сенсоры и контроллеры. Такая технология может обеспечить энергией устройства, работающие от 1-2 пальчиковых или мизинчиковых батареек. Поэтому, если на умных часах или тв-пульте установить такой фотоэлемент, это избавит вас от постоянной зарядки гаджетов и смены батареек.
«Сейчас наша группа в Сколтехе разрабатывает лабораторный прототип батареи. Мы используем стандартные технологии изготовления функциональных слоев фотоэлементов из растворов и термического испарения твердых веществ. Работа ведется сразу по нескольким направлениям: разработка фотоактивного материала с оптимальными характеристиками, который будет обеспечивать максимальное поглощение и преобразование света в энергию; подбор вспомогательных слоев солнечной батареи для разработанного материала; разработка инкапсуляции (защитных слоев — как упаковка всего фотоэлемента)», — пояснила Ольга, добавив, что команда также работает над увеличением площади устройства, чтобы перейти от лабораторных образцов площадью 4 мм2 к минимодулям площадью более 5 см2.
Российские учёные работают с фотоэлементами, показывающими КПД на уровне 20% в стандартных условиях измерения, пытаясь, как и всё мировое сообщество, подобраться к теоретическому пределу эффективности, также известному как предел Шокли-Квиссера, который составляет 33.16% для стандартных условий. В ближайших планах команды увеличить мощность на выходе из фотоэлемента, а также довести срок службы батареи до 5-10 лет.
