Нові графенові сонячні панелі заряджають суперконденсатори замість звичайних акумуляторів: які переваги це приносить?

Вчені з Університету Арканзасу (США) створили сонячний елемент, що використовує графен і взаємодіє з суперконденсатором замість традиційної батареї.

Технологію можна використовувати в автономних датчиках і додатках Інтернету речей, які не потрібно заряджати. Подробиці дослідження опублікували в журналі Journal of Vacuum Science & Technology B.

У рамках наукового проєкту вчені розробляли автономні системи датчиків, які отримують енергію з безлічі джерел довкілля, наприклад, від сонця, тепла, звуку, рухів, нелінійного та навколишнього випромінювання. Вони обрали графенові сонячні елементи замість звичайних високоефективних фотоелементів, оскільки графен може накопичувати ще й кінетичну енергію, що дає змогу 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 його цікаву фотоелектричну поведінку при використанні в інших пристроях.

Для виготовлення фотоелектричної осередки дослідники застосували комерційно доступні кремнієві пластини n-типу товщиною 500 мкм, які покрили товстим шаром термічного оксиду. Верхній шар оксиду формувався і осаджувався безпосередньо на чистому кремнії, тоді як другий малюнок наносився на чіп, після чого відбувалося перенесення металу для створення двох золотих контактів. Після цього на відкриту кремнієву поверхню і верхню контактну площадку було нанесено багатошаровий графен.

Завдяки прозорості графена, світло проникає через кремнієву підкладку і там поглинається. Елементи були з'єднані в послідовному порядку для формування компактного масиву.

"Фахівці зазначили, що, комбінуючи різні сонячні елементи в певній послідовності, ми здатні заряджати накопичувальні конденсатори до необхідного рівня напруги."

На основі отриманого елемента вчені створили систему датчиків температури. Вони вирішили використовувати суперконденсатори замість акумулятора, щоб знизити загальне енергоспоживання і продовжити термін служби. Три накопичувальні конденсатори отримали різні функції.

Результати лабораторних тестів продемонстрували, що система функціонує автономно, без потреби в зовнішньому джерелі енергії. В її основі лежить процесор, який здебільшого знаходиться в режимі сну і активується лише на обмежений період часу.

"Вчені зазначили, що накопичувальні конденсатори постійно забезпечують енергією нашу систему температурних датчиків, при цьому час від часу отримуючи підзарядку від сонячних панелей."

Нещодавно журнал Фокус провів аналіз, скільки енергії здатні виробляти сонячні панелі та чи можуть вони забезпечити електрикою цілий будинок. Ця технологія є надзвичайно актуальною для українців, особливо в умовах відключень електроенергії через обстріли з боку російських військ.

Раніше писали, що сонячні панелі нового покоління досягнуть ефективності 40%. Вчені з Гонконгу запевняють, що можуть досягти такого результату, якщо усунуть кілька недоліків тандемних елементів.