Молодые ученые НИТУ «МИСиС» разработали перовскитные фотопреобразователи на основе наночастиц оксида никеля для автономного питания беспроводной маломощной электроники от комнатного освещения.
Инновационные фотомодули способны обеспечить энергией также фитнес-трекеры, умные часы и наушники.
Быстро растущий рынок беспроводных устройств для интернета вещей, таких как датчики температуры, давления, влажности, движения, света, требует автономных источников энергии с низким энергопотреблением (мощность ~ мкВт).
Решением проблемы может стать компактная внутренняя фотоэлектрическая батарейка, которая сможет обеспечивать энергией при стандартной интенсивности света 200–1000 люкс, создаваемой искусственными источниками света, такими как светодиоды и галогенные лампы.
Кремниевые солнечные батареи с такой задачей не справятся, поскольку их «работоспособность» зависит от прямого солнечного света, и при комнатном освещении их КПД снижается в 5 раз.
Текущий рекорд для освещения слабой интенсивности (200–400 люкс) поставлен новым поколением батареек на основе планарных перовскитных фотоэлементов, изготовленных из оксида олова.
Основной их недостаток — снижение значения максимальной мощности, извлекаемой 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.
Результаты работы опубликованы в международном журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.
«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» — рассказала один из авторов исследования научный сотрудник лаборатории «Перспективная солнечная энергетика» НИТУ «МИСиС» Татьяна Комаричева.
По словам разработчиков, 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, и, как мы показываем, его можно легко масштабировать до 1 см2 без потери производительности.
«Полученный прототип площадью 5 см2 позволил обеспечить энергией беспроводной Bluetooth Low Energy (BLE) датчика, предназначенного для передачи данных о температуре/давлении/влажности в помещении», — добавила Татьяна Комаричева.
Помимо устройств интернета вещей, 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.
В настоящее время коллектив разработчиков продолжает лабораторные испытания созданных прототипов.
Материал предоставлен пресс-службой НИТУ «МИСиС».
