Ученые открыли материал, идеально подходящий для «умных» фотоэлектрических окон. «Умные окна» прозрачны, когда на улице темно или холодно, но автоматически темнеют, когда в него попадает яркое солнце. Окна и световые проемы с такими стеклами становятся все более популярными энергосберегающими устройствами. Летом такое окно пропускает свет полностью только холодным утром, а зимой через прозрачное стекло в помещение поступает как можно больше солнечной энергии. Но представьте себе, что когда окно потемнело, оно одновременно может производить электроэнергию
Такой материал – фотовольтаическое стекло, которое одновременно и «обратимо термохромное», – разработала сплоченная команда инженеров-технологов, давно работающих в области «зеленых технологий», совместно с учеными из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, США.
Исследователи обнаружили форму перовскита, одного из самых исследуемых сейчас минералов, еще далеко не полностью раскрывшего свой потенциал для солнечных технологий, имеющего высокую эффективность фотоэлектрического преобразования. Эта разновидность перовскита на удивление хорошо работает в качестве стабильного и фотоактивного полупроводникового материала, который может быть обратимо переключен из прозрачного состояния в непрозрачное без ухудшения его электронных свойств. Гибридные галогенидные перовскитные материалы представляют собой соединения, которые имеют кристаллическую структуру минерального перовскита. Его уникальные свойства, высокая эффективность и простота обработки сделали его в последние годы одним из самых перспективных материалов в области солнечных технологий.
Исследование «Термохромные галоидные перовскитные солнечные элементы» было опубликовано в журнале Nature Materials, США. Ученые сделали это открытие, исследуя фазовый переход материала – неорганического перовскита. Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) использовали химическую реакцию в гибридном перовските, чтобы продемонстрировать способность фотоэлектрического окна переключаться в затемненное и прозрачное состояние. «Этот класс неорганического галоидного перовскита обладает удивительной химией фазового перехода», – поясняет один из разработчиков, профессор кафедры химии Калифорнийского университета в Беркли и кафедры «Материаловедение и инженерия». «Он может существенно изменить одну свою кристаллическую структуру на другую, стоит лишь слегка поменять температуру или ввести немного водяного пара». Когда материал меняет свою кристаллическую структуру, он переходит от прозрачного к непрозрачному состоянию. «Эти два состояния имеют тот же состав, но очень разные кристаллические структуры», – сказал профессор. «Таким образом, им можно легко манипулировать, что было невозможно совершить с существующими традиционными полупроводниками».
Исследователи из другой лаборатории (DOE) в Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), тоже недавно сделали свое открытие, используя химическую реакцию в гибридном перовските, и продемонстрировали окно, переключаемое солнечным светом. Исследователи Berkeley Lab первоначально не планировали разрабатывать термохромное солнечное окно. Они изучали фазовые переходы в перовскитных солнечных элементах и пытались улучшить стабильность в прототипическом органически-неорганическом гибридном перовските, содержащем метиламмония йодид. Они попытались использовать цезий для замены метиламмония. «Химическая стабильность значительно улучшилась, но, к сожалению, фаза была нестабильной», – пояснили исследователи. «Материал перешел в низкотемпературную фазу. Это был недостаток, но потом мы превратили его в нечто уникальное и полезное». Минерал «запускается» для перехода от низкотемпературной к высокотемпературной фазе (или от прозрачной к непрозрачной) путем подачи тепла. В лаборатории требуемая температура составляла около 100°C. Ученые продолжают работу, чтобы снизить температуру «переключения» до 60°C.
Влажность используется, чтобы вызвать обратный переход. Необходимое количество влаги зависит от состава и желаемого времени перехода. Например, больше бромида делает материал более стабильным, поэтому для такой же влажности потребуется более длительное время для перехода от состояния с высокой температурой к состоянию при более низкой (прозрачная фаза). Исследователи также будут продолжать работу над разработкой альтернативных способов инициирования обратного перехода, например, путем приложения напряжения или разработки источника увлажнения.
Солнечный элемент демонстрирует полную обратимость и отличную стабильность устройства при повторяющихся циклах фазового перехода без какого-либо ухудшения цвета или ухудшения характеристик. С помощью такого стекла с гибридным перовскитным покрытием здание или автомобиль могут собирать солнечную энергию через интеллектуальное фотогальваническое окно и одновременно выполнять энергосберегающие функции.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 4 015
