В двух научных работах, опубликованных в журналах Joule и PNAS, международная исследовательская группа во главе с Университетом Монаш описывает создание ультратонкого солнечного элемента, который обладает высокой эффективностью, механической прочностью при изгибе и растяжении, а также длительным сроком службы.
В статье Joule исследователи рассказали о механически прочных фотопоглощающих материалах, которые могут применяться для производства эластичных солнечных элементов. Эти устройства могут достигать эффективности преобразования энергии в 13% при сохранении производительности на уровне 97% после 1000 циклов изгиба, а также 89% после 1000 циклов растяжения.
«Под эффективностью фотоэлементов подразумевается, сколько солнечной энергии может быть преобразовано в электричество. Количество энергии, передаваемое на поверхность Земли солнечным светом, составляет около 1000 Вт на квадратный метр. Наше устройство может производить 130 Вт электроэнергии на квадратный метр. 13-процентная эффективность, которой мы смогли достичь, является одним из самых высоких КПД в органических солнечных элементах», - отметил доктор Венчао Хуанг, научный сотрудник факультета материаловедения и инженерии Университета Монаш.
Описанные в статье журнала PNAS эксперименты показали, что в ходе тестов на долговечность, производительность нового фотоэлемента снизилась только на 4,8% после внушительных 4736 часов работы. По заявлению ученых, устройство способно функционировать более 20 000 часов (около 2,5 лет) с минимальной деградацией, а его ожидаемый срок службы составляет 11,5 лет.
Площадь инновационного солнечного элемента составляет всего 2 квадратных сантиметра (размеры монеты средней величины). Он настолько легкий, что его может удержать лепесток цветка и при этом способен генерировать 9,9 Вт на грамм своего веса.
Разработчики называют устройство революционным и говорят, что оно может быть использовано в качестве доступной альтернативы батареям в целом ряде электронных девайсов, таких как мобильные телефоны, часы, бытовая техника системы интернет вещей (IoT) и биосенсоры.
«Сегодня доминирующей технологией на фотоэлектрическом рынке являются кремниевые солнечные панели, которые обычно используются в установках на крыше. Но их хрупкая природа не позволяет демонстрировать хорошие характеристики при изгибе или растяжении, - объясняет доктор Хуанг. - Мы же разработали ультрагибкий органический солнечный элемент толщиной всего три микрометра - один из самых тонких солнечных элементов в мире. Он имеет огромный потенциал в качестве источника энергии в носимой электронике, а также мониторинга различных физиологических сигналов, таких как частота сердечных сокращений и дыхания».
Чтобы улучшить механическую стабильность и экологичность OSC без снижения эффективности, учёные подвергли новый материал отжигу – термообработке, которая изменяет физические свойства объекта для улучшения его противостоянию деградации.
Несмотря на свои размеры, производство этих недорогих солнечных элементов легко налаживается с помощью систем непрерывной печати, что делает их идеальными для массового выпуска носимых гаджетов, говорят ученые. В настоящее время они работают над коммерциализацией этой технологии.
Источник: monash.edu