Корейська команда виявила, що одна молекула перетворює сонячні елементи для приміщень на датчики світла з автономним живленням.
Команда дослідників з Корейського університету та Університету Донгук (Dongguk University) створила нове молекулярне покриття для органічних сонячних елементів. За словами команди, це нововведення тепер дозволяє одному пристрою виконувати функції сонячного елемента та фотодетектора без звичних компромісів.
Цей прорив також вирішує головний конфлікт між двома технологіями, а саме те, що сонячні елементи призначені для швидкого переміщення заряду для максимального вироблення енергії, тоді як фотодетектори призначені для придушення руху заряду, щоб вони могли виявляти слабкі світлові сигнали.
Оскільки вони конфліктують між собою, дослідники зазвичай розглядають їх як окремі пристрої; проте, завдяки цьому новому прориву, це вже не так. Цього було досягнуто завдяки використанню нового покриття, виготовленого з однієї простої молекули бензолу та фосфонової кислоти, або скорочено BPA.
При нанесенні на звичайний прозорий електрод (оксид індію-олова, або ITO), BPA утворює самоорганізований моношар (товщиною лише в одну молекулу), який хімічно зв’язується з поверхнею.
Така схема дозволяє вирівнювати енергію на межі розділу, щоб пристрій міг ефективно витягувати заряди, що робить його придатним для роботи сонячних елементів. Це дозволяє придушувати фоновий шум, що добре для виявлення світла.
Фотодетектор сонячних елементів
Це важливо, оскільки сучасна електроніка для внутрішнього використання на сонячних батареях, така як розумні датчики, носима електроніка та пристрої Інтернету речей (IoT), потребує живлення для роботи. Батареї зношуються, і їх підключення до електромережі не завжди можливо.
Освітлення в приміщеннях є вдосталь, але звичайні сонячні елементи не оптимізовані для нього. Досі вам потрібно було два окремих пристрої: один для збору світла, а інший для його виявлення, що подвоювало вартість і вимоги до простору.
Новий фотодетектор-сонячний елемент на основі BPA (BPA photodetector-solar cell) тепер дозволяє виконувати подвійну функцію на одній плівці, дозволяючи їй одночасно генерувати енергію та непомітно виявляти світло. Плівка BPA працює за типового внутрішнього освітлення (світлодіод 1000 люкс з яскравістю 2700K).
Під час випробувань дослідники виявили, що він досяг ефективності 28,6% у приміщенні, що краще, ніж у звичайних покриттів. Він також залишався стабільним, демонструючи продуктивність 87% після 1000 годин освітлення в приміщенні.
Нова технологія також повинна добре масштабуватися до більших розмірів без значної втрати ефективності. Вона також дуже дешева, маючи майже в 9 разів краще співвідношення вартості та продуктивності, ніж існуючі матеріали.
Дивлячись на ширшу картину, нова плівка дозволяє створювати автономні пристрої для використання всередині приміщень, які не потребують батарей та підзарядки. Вона може бути корисною для носимих пристроїв, датчиків розумних будівель, промислових моніторів і навіть крихітних систем спостереження.
Виявляє світло та генерує енергію
Він також має бути сумісний з гнучкою електронікою (гнучкими/носимими системами). Плівка BPA також може стати шляхом до дешевших та більш стійких екосистем Інтернету речей.
Дослідження не лише цікаве, але й є класичним прикладом того, як невелика зміна може мати великий вплив. У цьому випадку додавання лише однієї молекули на межі розділу вирішило проблему, яка роками блокувала роботу пристроїв з подвійним призначенням для використання всередині приміщень.
З цією метою, замість складності, команда показала, що ключовим є навмисне спрощення (мінімалістична молекула). Це може пришвидшити масове впровадження фотоелектричних систем для приміщень, скоротивши як витрати, так і використання матеріалів, одночасно живлячи мільярди розумних пристроїв, яких очікується в будинках, на фабриках та в охороні здоров’я.
Цей прорив може забезпечити нове покоління датчиків та носимих пристроїв без батарей, що зробить електроніку для використання в приміщенні дешевшою, ефективнішою та екологічнішою.
Джерело: Interesting Engineering