Netrukus dangoraižių langai galės gaminti elektrą: nauja danga paverčia langus saulės baterija

Stikliniai fasadai miestuose paprastai atlieka vieną funkciją: įleidžia šviesą, bet kartu didina pastatų vėsinimo poreikį ir energijos sąnaudas. Singapūro Nanyang technologijos universiteto (NTU) mokslininkai pristatė sprendimą, kuris šią lygtį siūlo apversti: itin plonus perovskitų saulės elementus, praktiškai susiliejančius su stiklu.

Tyrėjų teigimu, pagrindinis proveržis yra perovskitų sugeriamojo sluoksnio storis, siekiantis apie 10 nanometrų. Tai yra maždaug 10 000 kartų ploniau nei žmogaus plaukas, todėl danga labiau primena molekulinį sluoksnį nei įprastą saulės modulį.

Kaip veikia beveik skaidrus saulės stiklas?

Technologijos skaidrumą galima reguliuoti keičiant nusodinamo perovskitų sluoksnio storį. NTU aprašyta pusiau skaidri versija, kurioje naudotas apie 60 nanometrų sluoksnis, pasiekė 7,6 proc. energijos konversijos efektyvumą ir praleido apie 41 proc. matomos šviesos.

Toks kompromisas yra esminis, jei saulės elementai turi tapti pastatų langais ar fasado dalimi, o ne tamsiais skydais. Perovskitų privalumas ir tai, kad jie gali generuoti elektrą ne tik tiesioginėje saulėje, bet ir esant išsklaidytai šviesai, kuri miestuose tarp aukštų pastatų dažnai dominuoja.

Kodėl dangoraižiams neužtenka stogų saulės elektrinių?

Tankiai apstatytuose miestuose pagrindinė problema yra geometrija: elektros poreikis didelis, o stogo plotas palyginti mažas. Net maksimaliai išnaudojus stogus, saulės moduliai dažnai negali reikšmingai padengti modernių biurų ar daugiabučių kompleksų suvartojimo.

Vertikalūs fasadai, priešingai, sudaro milžinišką plotą, tačiau įprastų modulių montavimas ant stiklo susiduria su svorio, architektūros, estetinių ir konstrukcinių apkrovų klausimais. Būtent todėl idėja saulės funkciją integruoti į patį stiklą laikoma vienu realistiškiausių kelių didinti vietinę energijos gamybą miestuose.

Gamyba: kodėl svarbus vakuuminis nusodinimas?

NTU komanda saulės elementus gamino taikydama terminį garinimą, kai medžiagos vakuume išgarinamos ir nusodinamos ant paviršiaus itin tolygiu sluoksniu. Šis metodas laikomas pramoniniu požiūriu patrauklesniu, nes leidžia tiksliai valdyti storį ir išgauti vienodesnę dangą didesniuose plotuose.

Skirtingai nei dalis laboratorinių perovskitų sprendimų, kuriuose remiamasi skystais tirpikliais, vakuuminis procesas gali sumažinti gamybos neatitikimus ir palengvinti kokybės kontrolę. Tai svarbu, jei technologija turi persikelti iš prototipo į realius, didelio ploto fasadus.

Kur tai galėtų būti pritaikyta ir kokios kliūtys išlieka?

Tyrėjai kaip pavyzdį mini, kad tokia danga, užnešta ant didelio dangoraižio stiklo, teoriškai galėtų pagaminti šimtus megavatvalandžių per metus. Skaičius priklausytų nuo klimato, pastato orientacijos, šešėliavimo ir stiklo ploto, tačiau pati kryptis aiški: energija būtų gaminama ten, kur jos daug suvartojama.

Be pastatų, įvardijami ir kiti scenarijai, kuriuose svarbus skaidrumas bei mažas svoris, pavyzdžiui, automobilių stoglangiai, dėvima elektronika ar išmanieji akiniai. Vis dėlto perovskitų technologijoms išlieka seniai žinomas barjeras: ilgaamžiškumas realiomis sąlygomis, nes drėgmė, deguonis, karštis ir UV spinduliuotė gali spartinti degradaciją.

Nepriklausomi ekspertai šioje srityje paprastai pabrėžia, kad tolesni žingsniai turėtų apimti ilgo laikotarpio stabilumo bandymus, didesnio ploto demonstracijas ir patikimą kapsuliavimą, kad danga veiktų ne mėnesius, o metus. Nuo to priklausys, ar beveik nematomi saulės elementai taps tik laboratoriniu pasiekimu, ar realiu sprendimu miestų energijos balansui.