Дослідники з Університету Арканзасу (США) виготовили сонячний елемент на основі графена, який працює з суперконденсатором замість традиційної батареї. Технологію можна використовувати в автономних датчиках і додатках Інтернету речей, які не потребують заряджання. Подробиці дослідження опубліковані в журналі Journal of Vacuum Science & Technology B.
Які переваги графенових сонячних елементів?
У рамках наукового проєкту вчені розробляли автономні системи датчиків, які отримують енергію з різних джерел довкілля, таких як сонце, тепло, звук, рухи та навколишнє випромінювання. Вони обрали графенові сонячні елементи замість звичайних високоефективних фотоелементів, оскільки графен може накопичувати кінетичну енергію, що дозволяє пристрою працювати навіть без сонячного світла.
Графен широко використовується в дослідженнях сонячної енергетики для розробки прозорих електродів, контактів, транспортних шарів, а також антивідблисків і захисних покриттів. Це напівметал із нульовою шириною забороненої зони, здатний поглинати лише близько 2,3% видимого світла на шар, тому не може ефективно акумулювати сонячну енергію самостійно. Однак його унікальні електронні та оптичні властивості зумовлюють цікаву фотоелектричну поведінку при використанні в інших пристроях.
Як працює нова система?
Для створення фотоелектричного осередку вчені використовували комерційно доступні кремнієві пластини n-типу товщиною 500 мкм, покривши їх товстим шаром термічного оксиду. Верхній оксидний шар формувався і труївся безпосередньо на чистому кремнії, після чого наносився метал для створення двох золотих контактів. Потім на відкриту кремнієву поверхню і верхню контактну площадку нанесли багатошаровий графен. Завдяки прозорості графена світло проходить крізь кремнієву підкладку і поглинається нею. Елементи були з’єднані послідовно в невеликий масив.
“Вибираючи і послідовно з’єднуючи різні сонячні елементи, ми можемо заряджати накопичувальні конденсатори до необхідного рівня напруги”, — розповіли вчені.
На основі отриманого елемента вчені створили систему датчиків температури, вирішивши використовувати суперконденсатори замість акумулятора для зниження загального енергоспоживання та продовження терміну служби. Лабораторні випробування показали, що система працює автоматично, без зовнішнього джерела живлення. Вона використовує процесор, який більшу частину часу перебуває в режимі очікування і активується лише на короткий час.
“Накопичувальні конденсатори безперервно живлять нашу систему датчиків температури, навіть періодично підзаряджаючись від сонячних батарей”, — підкреслили вчені.
Ця технологія є особливо корисною для українців, враховуючи часті відключення світла після обстрілів ЗС РФ. Раніше повідомлялося, що сонячні панелі нового покоління можуть досягти ефективності 40%, якщо усунути кілька недоліків тандемних елементів.
