Ogniwa słoneczne zasilą elektronikę prosto ze światła w pomieszczeniach

Zespół naukowców z University College London stworzył ogniwa słoneczne zoptymalizowane do pracy w oświetleniu wewnętrznym, osiągające rekordową sprawność 37,6%. Rozwiązanie może wyeliminować potrzebę stosowania baterii w drobnej elektronice i urządzeniach IoT, oferując jednocześnie niskie koszty produkcji i wieloletnią trwałość.

Posłuchaj
00:00

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez naukowców z University College London (UCL) opracował ogniwa fotowoltaiczne z perowskitu – materiału szczególnie dobrze sprawdzającego się w pomieszczeniach, ponieważ jego skład chemiczny można dostosować do absorpcji określonych długości fal światła sztucznego.

Wyzwanie: defekty w strukturze perowskitu

Zastosowanie perowskitu w fotowoltaice ograniczały dotychczas mikroskopijne defekty w jego strukturze krystalicznej (tzw. pułapki), które zatrzymują elektrony, uniemożliwiając wykorzystanie ich energii. Defekty te przyspieszają też degradację materiału.

W badaniach opublikowanych w Advanced Functional Materials naukowcy opisują, jak zastosowanie odpowiedniej kombinacji związków chemicznych pozwoliło znacząco ograniczyć te wady, otwierając drogę do komercyjnego wykorzystania ogniw perowskitowych w warunkach oświetlenia wewnętrznego.

Opracowane przez nich moduły osiągają sześciokrotnie wyższą sprawność niż najlepsze dostępne obecnie komercyjne ogniwa do pracy w pomieszczeniach. Są też bardziej trwałe – przewidywany czas ich eksploatacji to pięć lat lub więcej, w porównaniu z tygodniami czy miesiącami dla innych prototypów.

Dr Mojtaba Abdi Jalebi, współautor pracy i profesor nadzwyczajny w UCL Institute for Materials Discovery, podkreśla:

- Miliardy urządzeń wymagających niewielkich ilości energii polegają dziś na wymiennych bateriach – to nie jest zrównoważone rozwiązanie. Wraz z rozwojem Internetu Rzeczy liczba takich urządzeń będzie rosła. Obecnie ogniwa słoneczne do oświetlenia wewnętrznego są drogie i mało wydajne. Nasze ogniwa perowskitowe są znacznie bardziej efektywne i trwałe, co toruje drogę do elektroniki zasilanej energią z otoczenia.

Profesor dodaje, że ogniwa perowskitowe są tanie w produkcji – wykorzystują powszechnie dostępne surowce i można je wytwarzać w procesach podobnych do druku gazetowego.

Modyfikacje chemiczne kluczem do sukcesu

W celu poprawy jakości materiału badacze wprowadzili chlorek rubidu, który sprzyjał jednorodnemu wzrostowi kryształów perowskitu z minimalnym naprężeniem, zmniejszając liczbę defektów.

Dodatkowo zastosowano dwie sole organiczne – jodek N,N-dimetylooktyloamoniowy (DMOAI) oraz chlorek fenyloetyloamoniowy (PEACl) – które stabilizują jony jodkowe i bromkowe, zapobiegając ich rozdzielaniu się i tworzeniu faz obniżających sprawność ogniwa.

Siming Huang, doktorant w UCL, obrazowo tłumaczy:

- Ogniwo z takimi defektami jest jak tort pokrojony na kawałki – my je ponownie złożyliśmy, aby ładunek mógł przepływać swobodniej. Trzy zastosowane związki chemiczne zadziałały synergicznie, dając efekt większy niż suma ich indywidualnego działania.

Rekordowa sprawność w świetle wewnętrznym

Nowe ogniwa osiągnęły sprawność konwersji na poziomie 37,6% przy oświetleniu 1000 luksów – to rekord świata dla ogniw zoptymalizowanych do pracy w pomieszczeniach.

Po ponad 100 dniach pracy zachowały 92% początkowej wydajności (w porównaniu do 76% w przypadku ogniw referencyjnych). W teście przyspieszonej degradacji – 300 godzin ciągłego oświetlenia w temperaturze 55°C – nowe ogniwa utrzymały 76% wydajności, podczas gdy próbki kontrolne spadły do 47%.

W projekt zaangażowani byli naukowcy z Wielkiej Brytanii, Chin i Szwajcarii. Badania wsparły m.in. Henry Royce Institute for Advanced Materials, UK Engineering and Physical Sciences Research Council, brytyjskie Ministerstwo Bezpieczeństwa Energetycznego i Neutralności Emisyjnej oraz British Council.

Źródło: University College London

Powiązane treści
Światłowody zamienią się w czujniki: rewolucyjny system monitoringu mostów i tuneli
Dania chce mieć najpotężniejszy na świecie komputer kwantowy
Tranzystory diamentowe odmienią elektronikę dużej mocy
Cyborgi z czułkami – owady sterowane mikrochipem nową nadzieją dla ratownictwa
Czy oprogramowanie narzędziowe nie ma wartości?
TAITRA uruchamia konkurs "Go Healthy with Taiwan"
Zobacz więcej w kategorii: Gospodarka
Komponenty
Mouser Electronics został dystrybutorem kondensatorów Quantic Evans
Produkcja elektroniki
Potężny grant dla Grupy Elemental na realizację projektu Polvolt
Mikrokontrolery i IoT
Meta wprowadza inteligentne okulary z AI i opaską EMG
Komponenty
Kiedy podejście open source hardware zdominuje rynek?
Komponenty
SiTime Titan: najmniejszy rezonator na świecie otwiera nową erę elektroniki
Aktualności
Jesienny bonus dla klientów sklepu internetowego firmy Renex
Zobacz więcej z tagiem: Projektowanie i badania
Technika
Przegląd rozwiązań układowych do generowania napięć ujemnych
Seminarium
Webinar: Jak wykorzystać Arduino do wyjścia poza prototypowanie w automatyce przemysłowej?
Opinie
Open EDA stworzy chip

Od pomysłu do produktu w kilka dni: siła szybkiego prototypowania PCB

Współczesny rynek elektroniki zmienia się w bezprecedensowym tempie. Produkty, które jeszcze dekadę temu mogły cieszyć się zainteresowaniem konsumentów przez lata, dziś stają się przestarzałe w ciągu miesięcy. To przyspieszenie jest napędzane przez zbieżność kilku potężnych sił, a wśród nich przez nieustanną presję konkurencji, gwałtowne przemiany technologiczne oraz rosnący apetyt użytkowników na nowe funkcje i wyższą wydajność.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów