Ними можна замінити екрани пристроїв, скла теплиць, а також вікна хмарочосів, будинків і автомобілів.
Хмарочоси в Шанхаї / ©Ermell, Wikimedia Commons
Дослідницька група з японського університету Тохоку розробила сонячні панелі з видимою прозорістю до 79 відсотків на основі моношарових напівпровідників з металу і халькогену. “Прозорі сонячні панелі представляють великий інтерес, тому що вони не так обмежені в застосуванні, як традиційні непрозорі сонячні панелі», — пишуть вчені в статті, опублікованій в Nature Scientific Reports.
Незважаючи на недавній прорив в дослідженні напівпровідників з перовськіту і органічних сполук, домогтися видимої прозорості вище 70% ніяк не вдавалося. Японські дослідники вибрали для вдосконалення сонячні елементи на Бар’єрі Шотткі – потенційному бар’єрі, який з’являється в приконтактному шарі напівпровідника, що межує з металом. В якості основних матеріалів взяли оксид індію-олова – найбільш часто використовуваний з прозорих провідних оксидів – і моношар дисульфіду вольфраму.
Дисульфід вольфраму входить в сімейство дихалькогенідів перехідних металів (transition metal dichalcogenide, TMD) — тонких провідників, що складаються з перехідного металу і халькогену. І вони дійсно тонкі – всього три шари атомів, шар металу розташовується між шарами халькогена. Вчені вважають дихалькогеніди перехідних металів одними з найперспективніших матеріалів для створення майже прозорих сонячних панелей. По-перше, тому що ці матеріали працюють в діапазоні видимого світла. По-друге, тому що вони майже прозорі для нас.
Розроблений японськими вченими сонячний елемент / ©Xing He et al.
Японські дослідники спробували вдосконалити контактний шар між складовими. В результаті за допомогою додаткового тонкого шару оксиду вольфраму їм вдалося домогтися в тисячу разів більш високої ефективності перетворення електроенергії, ніж у елементів зі звичайними електродами з оксиду індію-олова. І тут виникла проблема з масштабуванням технології та її практичним застосуванням.
Просте збільшення кількості і площі складових часто призводить до зниження потужності. Але вченим вдалося знайти “архітектурний дизайн, відповідний для масштабного виробництва таких елементів”.
В результаті вони домоглися потужності в 420 піковат від сонячної панельки площею в один квадратний сантиметр з прозорістю 79 відсотків. Це найвищий показник для настільки тонкого елемента на основі дихалькогенідів перехідних металів.
Прозорі сонячні панелі перетворять наше звичне життя. Від невеликих пристроїв до повністю скляних офісних будівель — нас оточують мільярди квадратних метрів скляних поверхонь. Втім, така технологія спершу повинна виявитися відносно недорогою і легкою у виробництві.