Теги → перовскит

Группа британских и китайских учёных изобрела бессвинцовый перовскит для питания электроники от источников света внутри помещений

Обилие персональной электроники и распространение Интернета вещей поднимают вопрос питания устройств от источников света внутри помещений. Традиционные солнечные панели плохо подходят для этой задачи, поскольку ориентированы на другой диапазон излучения и другую интенсивность. Но есть материалы, которые обещают достаточную для сбора значительных объёмов энергии эффективность преобразования, самым перспективным из которых заявлен перовскит.

Исследователи из Кембриджского университета, Имперского колледжа Лондона и Университета Сучжоу в Китае обнаружили, что новые «зеленые» материалы, которые в настоящее время разрабатываются для солнечных панелей следующего поколения, могут быть полезны для сбора света внутри помещений.

«Эффективно поглощая свет, исходящий от ламп, обычно используемых в домах и зданиях, материалы могут превращать свет в электричество с эффективностью, уже доступной в диапазоне коммерческих технологий, — сказал соавтор проекта доктор Роберт Хой (Robert Hoye) из Имперского колледжа Лондона. — Мы также уже определили несколько возможных улучшений, которые позволят этим материалам в ближайшем будущем превзойти характеристики текущих фотоэлектрических технологий для использования внутри помещений».

Под перспективным материалом учёные подразумевают перовскитоподобные комплексные соединения. Традиционно для изготовления солнечных панелей используется перовскит с примесями свинца, но для использования внутри помещений исследователи ищут экологически чистые варианты. В частности, британские учёные со своими коллегами из Китая предложили перовскитоподобные соединения с висмутом и сурьмой. Выяснилось, что такие материалы намного эффективнее поглощают свет в помещении, а их КПД является многообещающим для коммерческого применения.

О своём открытии британские учёные сообщили в статье в издании Advanced Energy Materials. Мы же добавим, что такое же исследование группа российских учёных провела три года назад, в ходе которого были открыты перовскитоподобный комплексный бромид сурьмы ASbBr6, солнечные панели на котором показали рекордную для галогенидов сурьмы и висмута эффективность преобразования света. Дорожки разные, но все ведут в одном направлении.

Учёные придумали окна-хамелеоны, которые не только защитят от зноя, но и станут источником электричества

Кроме графена наиболее изучаемым сегодня веществом может считаться «российский» минерал перовскит. Перовскит наиболее ярко проявляет свои интересные качества в солнечной энергетике. Учёные из США нашли этому минералу интересное применение в составе окон, меняющих затемнение по мере нагрева и одновременно вырабатывающих электрический ток. Для охлаждения помещений в жарком климате это может стать бесценной находкой.

Образцы «оконных» пакетов с перовскитом. Источник изображения: Dennis Schroeder, NREL

Образцы «оконных» пакетов с перовскитом. Источник изображения: Dennis Schroeder, NREL

Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США предложили оконный сэндвич из двух обычных стёкол, между которыми помещается тонкая плёнка из перовскита. Также в зазор между плёнкой и стеклом впрыскивается специальный раствор для взаимодействия с перовскитом в процессе нагрева.

По мере повышения температуры внутри пакета и в процессе усиления парообразования перовскит перестраивает свою кристаллическую структуру из цепочек и плоскостей в объёмную кристаллическую решётку. Каждая новая кристаллическая структура изменяет поляризационные свойства материала, что выглядит как последовательное изменение цвета плёнки (окна) от прозрачного до жёлтого, оранжевого, красного и коричневого и всё это в течение семи секунд при температуре от 35 до 46 °C.

Сверх того, когда плёнка из перовскита темнеет она начинает вырабатывать электрический ток. Помещение не только защищается от попадания зноя с солнечным светом внутрь здания, но также получает источник тока для работы электрических приборов, например, кондиционера.

По мнению исследователей, прототип умного окна-хамелеона может быть создан в течение одного года. Статья об исследовании свободно доступна по ссылке в издании Nature Communications.

Солнечные элементы из перовскита и органики работают в космосе даже без Солнца, подтвердил натурный эксперимент

Для солнечных панелей на космических аппаратах готовится замена. Перспективные перовскит и даже органика могут вытеснить кремний из космической энергетики. Во всяком случае, в космосе уже проведены первые испытания солнечных элементов из перспективных материалов, и они обнадёживают.

Блок ракеты с солнечнми элементами на перовските и органике (Benjamin Predeschly, Chair of Functional Materials, Technical University of Munich)

Блок ракеты с солнечными элементами на перовските и органике (Benjamin Predeschly, Chair of Functional Materials, Technical University of Munich)

По своей эффективности перовскит и органические материалы уже приближаются к кремнию, который десятилетиями верой и правдой служит источником энергии для космических кораблей. Но дело даже не в эффективности, хотя это важнейший параметр для солнечных панелей. Для космических запусков важнее количество произведённой энергии по отношению к весу солнечных элементов. А по этому параметру перовскит и органика в десятки раз превосходят кремний. Оставалось только выяснить, как поведут себя новые материалы в космосе, где нет воздуха и присутствует агрессивное излучение.

Эксперимент с солнечными ячейками двух типов (даже не с панелями) на основе перовскита и органических материалов провели немецкие учёные из Технического университета Мюнхена (TUM). Данные об этой работе опубликованы в издании Joule, а сам запуск состоялся около года назад.

Вид на блок изнутри (Benjamin Predeschly, Chair of Functional Materials, Technical University of Munich)

Вид на блок изнутри (Benjamin Predeschly, Chair of Functional Materials, Technical University of Munich)

Проверку космосом солнечные элементы на новых материалах проходили в ходе семиминутного суборбитального полёта на метеорологической ракете для изучения верхних слоёв атмосферы. Ракета подняла испытательный стенд с солнечными элементами и множеством датчиков для анализа их работы на высоту около 240 км. Этого вполне достаточно, чтобы атмосфера Земли перестала защищать аппаратуру от космического излучения.

Запуск зонда с исптательным стеном (Benjamin Predeschly, Chair of Functional Materials, Technical University of Munich)

Запуск зонда с испытательным стендом (Benjamin Predeschly, Chair of Functional Materials, Technical University of Munich)

В ходе эксперимента солнечные элементы из перовскита и органики вырабатывали от 7 до 14 мВт мощности с каждого квадратного сантиметра. Ни излучение, ни отсутствие воздуха не повредили как перовскитные элементы, так и элементы из органических материалов. Более того, элементы продолжали вырабатывать ток даже тогда, когда уходили в тень от солнца. Интенсивности рассеянного света от Земли оказалось для них достаточно, чтобы продолжить выдавать мощность. Этот неожиданный факт даёт надежду, что солнечные элементы из перовскита или органики смогут питать космические аппараты в глубоком космосе и на дальних орбитах, где кремниевые солнечные панели попросту не работают.

Два в одном: фотодиод из перовскита может быть одновременно светодиодом

Учёные продолжают изучать «российский минерал» ― перовскит, впервые найденный примерно 200 лет назад в уральских горах, и находить ему новые применения. Новая разработка позволяет фотодиоду из перовскита одновременно быть светодиодом, для чего достаточно поменять приложенное к диоду смещение на обратное.

Данное открытие сделали учёные из Линчёпингского университете в Швеции. Правда, оно основано на ранних исследованиях учёных из этого университета и некоторых зарубежных академических учреждений. Новое исследование, которое привело к созданию «оптических приборов с двунаправленной связью», было проведено совместно с разработчиками из Шэньчжэньского университета, Технического университета Нанкина, Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики и Китайского университета Гонконга.

«Двуличный» фотодиод (или светодиод) даёт возможность упростить производство электронных схем, в которых необходима оптическая связь между двумя и большим числом приборов. Например, это может быть востребовано для кремниевой фотоники. В зависимости от поданного на диод смещения он может как фиксировать фотоны, так и излучать их. Предложенную схему учёные испытали на практике в устройстве измерения пульса человека. При этом электронные цепи и приборы в передающих и принимающих узлах были абсолютно идентичными (см. фото выше).

Созданный учёными опытный фото-светодиод показал внешнюю квантовую эффективность больше 21 % и оказался способен вырабатывать энергию (захватывать фотоны) мощностью до пиковаттного уровня. Длина волны излучения в режиме светодиода при этом составляла 804 нм (красное свечение). Ждём интересных реализаций этой технологии.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥