Ученые из Политехнического университета Каталонии, Барселонского университета и Института энергетических исследований Каталонии создали прототипы прозрачных солнечных элементов на основе аморфного кремний-углеродного сплава. Эти устройства пропускают более 60% видимого света, оставаясь полноценными генераторами электричества. По сути, стекло превращается в «невидимую батарею», которую можно встроить в окна, фасады зданий, автомобили или даже использовать в интерьере для питания датчиков и устройств интернета вещей.
Главное препятствие для развития прозрачных солнечных панелей все последние годы заключалось в противоречивых свойствах традиционного аморфного кремния: он в целом надежен и стабилен, но слишком сильно поглощает свет. Поэтому панели на его основе выходили либо темными, либо маломощными. Уменьшение толщины слоя повышало прозрачность, но одновременно снижало энергоэффективность.
Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи начали добавлять в структуру аморфного кремния атомы углерода. Меняя соотношение газов при осаждении, они научились управлять шириной запрещенной зоны материала и тем самым регулировать его прозрачность. Чем больше углерода, тем выше способность пропускать свет. В экспериментах удалось достичь не только стабильных 60%, но и почти 90% светопропускания в отдельных образцах.
Конечно, рост прозрачности сопровождался уменьшением генерируемого тока. Но оказалось, что можно найти разумный компромисс. Лабораторные образцы показали коэффициент использования света около 1,3% – показатель, достаточный для сфер, где важна не высокая мощность, а эстетика и интеграция в окружающую среду.
Особое преимущество новых элементов проявилось при слабом освещении. В отличие от других технологий, новые солнечные ячейки сохраняли стабильные характеристики под лампами или при рассеянном дневном свете, что делает их удобными для работы в помещениях. В этом они превзошли органические и перовскитные аналоги: если органика быстро деградирует под воздействием ультрафиолета, а перовскиты страдают от нестабильности и токсичности, то аморфный кремний зарекомендовал себя как долговечный и легко воспроизводимый материал.
Исследователи подчеркивают, что дальнейшая оптимизация толщины слоев и противоотражающих покрытий может еще улучшить характеристики. Все это открывает перспективы массового производства прозрачных и надежных солнечных панелей, которые перестанут быть чем-то скрытым на крышах и смогут незаметно встраиваться в окна или работать в интерьерах, превращая привычные поверхности в новые источники чистой энергии.
