Ученые из НИТУ «МИСиС» разработали перовскитные фотопреобразователи на основе наночастиц оксида никеля для автономного питания беспроводной маломощной электроники от комнатного освещения. Новые фотомодули способны обеспечить энергией также фитнес-трекеры, умные часы и наушники. Статья опубликована в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.
Быстро растущий рынок беспроводных устройств требует автономных источников энергии с низким энергопотреблением (примерно 1 мкВт). Решением может стать компактная внутренняя фотоэлектрическая батарейка. Солнечные батареи с этой задачей не справляются, поскольку их «работоспособность» зависит от прямого солнечного света. Новое поколение батареек на основе планарных перовскитных фотоэлементов изготавливается из оксида олова. Основной их недостаток — снижение значения максимальной мощности при непрерывной работе фотоэлемента.
Команда молодых ученых лаборатории «Перспективная солнечная энергетика» НИТУ «МИСиС» предложила в качестве решения проблемы перевернутую конфигурацию фотомодуля с использованием наночастиц оксида никеля.
«В этой работе мы показываем, что перовскитные солнечные элементы могут быть реализованы в инвертированной (перевернутой) конфигурации с использованием NiO в качестве материала для переноса дырок. Для создания модулей на основе NiO мы использовали обычный высокотемпературный (300 °C) и низкотемпературный (<100 °C) процессы. Плотность мощности 36,5 мкВт/см2 была достигнута для сплошного слоя NiO, в то время как 28,4 мкВт/см2 было получено с ячеек со слоем из наночастиц NiO при стандартной освещенности любого офиса — 400 люкс. Полученной мощности хватит для мелких датчиков и даже для наушников и беспроводной клавиатуры», — рассказывает одна из авторов исследования Татьяна Комаричева.
Помимо разницы в плотности мощности, наночастицы NiO позволили создать первый низкотемпературный неорганический слой, транспортирующий положительные носители заряда для перовскитного солнечного элемента с низким уровнем освещенности. Его можно легко масштабировать до 1 см2 без потери производительности. Полученный прототип площадью 5 см2 позволил обеспечить энергией беспроводной Bluetooth Low Energy (BLE) датчик, предназначенный для передачи данных о температуре/давлении/влажности в помещении.
Кроме того, новые фотомодули можно будет использовать для питания «умных» банковских карт, пультов управления бытовой техникой, компьютерных мышей и клавиатур, маломощной техники типа кухонных весов, а также носимой электроники. Теперь коллектив разработчиков продолжает лабораторные испытания созданных прототипов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
