Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην ευρεία υιοθέτηση της ηλιακής ενέργειας, ειδικά στις πόλεις, είναι το πού θα εγκατασταθούν τα βαριά και χοντρά πάνελ. Στις στέγες; Στους τοίχους των ουρανοξυστών; Στην ύπαιθρο και σε τεράστιους ανοιχτούς χώρους — κάτι που τα πυκνοδομημένα αστικά κέντρα ελάχιστα διαθέτουν;
Ερευνητές από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang (NTU) της Σιγκαπούρης υποστηρίζουν ότι ίσως βρήκαν τη λύση σε αυτό το πρόβλημα: δημιούργησαν φωτοβολταϊκά στοιχεία (ηλιακά κύτταρα) τόσο λεπτά, που είναι σχεδόν αόρατα και μπορούν να τοποθετηθούν απευθείας πάνω σε παράθυρα.
Η ομάδα αναφέρει ότι ανέπτυξε εξαιρετικά λεπτές, ημιδιάφανες ηλιακές κυψέλες περοβσκίτη, οι οποίες είναι περίπου 10.000 φορές λεπτότερες από μια ανθρώπινη τρίχα και 50 φορές λεπτότερες από τις συμβατικές κυψέλες περοβσκίτη. Παρά το ελάχιστο πάχος τους, διατηρούν μερικές από τις υψηλότερες αποδόσεις που έχουν καταγραφεί μέχρι σήμερα για τη συγκεκριμένη κατηγορία.
Η εργασία τους, που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό ACS Energy Letters, θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για παράθυρα που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, γυάλινες προσόψεις κτιρίων, έξυπνα γυαλιά, ηλιοροφές οχημάτων και άλλες γυάλινες επιφάνειες που μέχρι σήμερα μένουν ανεκμετάλλευτες στο φως του ήλιου.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής την αναπληρώτρια καθηγήτρια Annalisa Bruno από τη Σχολή Φυσικών & Μαθηματικών Επιστημών και τη Σχολή Επιστήμης Υλικών & Μηχανικής του NTU, ανέπτυξε τις νέες συσκευές χρησιμοποιώντας περοβσκίτες — μια κατηγορία κρυσταλλικών υλικών που έχει εξελιχθεί σε έναν από τους πιο υποσχόμενους τομείς της ηλιακής έρευνας την τελευταία δεκαετία, χάρη στο χαμηλό κόστος κατασκευής, τις υψηλές αποδόσεις και την ικανότητά τους να λειτουργούν ακόμη και σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού.
Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά ηλιακά στοιχεία πυριτίου, τα οποία αποδίδουν καλύτερα υπό άμεσο ηλιακό φως, οι συσκευές περοβσκίτη μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια ακόμη και με έμμεσο ή διάχυτο φωτισμό. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στις μεγαλουπόλεις, όπου οι ουρανοξύστες δημιουργούν σκοτεινά «αστικά φαράγγια» και η συννεφιά συχνά περιορίζει την άμεση έκθεση στον ήλιο. Αντί να βασιζόμαστε μόνο στις στέγες, οι κατακόρυφες γυάλινες επιφάνειες ολόκληρων οικοδομικών τετραγώνων θα μπορούσαν θεωρητικά να παράγουν ενέργεια καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας.
Η ισορροπία μεταξύ διαφάνειας και απόδοσης αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες μηχανικές προκλήσεις στα διαφανή φωτοβολταϊκά. Όσο πιο διαφανής γίνεται μια συσκευή, τόσο λιγότερο φως απορροφά και, κατά συνέπεια, τόσο λιγότερο ρεύμα παράγει. Η ομάδα του NTU δηλώνει ότι τα αποτελέσματά της συγκαταλέγονται στις κορυφαίες επιδόσεις για ημιδιάφανες κυψέλες περοβσκίτη παρόμοιων υλικών.
Επιπλέον, οι συσκευές είναι «χρωματικά ουδέτερες» (color-neutral), που σημαίνει ότι δεν αλλοιώνουν το φως ούτε αλλάζουν δραματικά την εμφάνιση των γυάλινων κτιρίων. Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο βαθμός διαφάνειας μπορεί να ρυθμιστεί κατά την παραγωγή, ελέγχοντας με ακρίβεια το πάχος των στρωμάτων περοβσκίτη.
Ωστόσο, η πραγματική καινοτομία ίσως δεν κρύβεται μόνο στο μικρό πάχος των κυψελών, αλλά στον τρόπο κατασκευής τους. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια βιομηχανικά συμβατή τεχνική κενού που ονομάζεται θερμική εξαέρωση (thermal evaporation), κατά την οποία τα υλικά θερμαίνονται σε θάλαμο κενού μέχρι να εξατμιστούν και να επικαθήσουν στην επιφάνεια σχηματίζοντας μια λεπτότατη μεμβράνη (film). Αυτή είναι ενδεχομένως η πρώτη φορά που παράγονται υπερ-λεπτές κυψέλες περοβσκίτη εξ ολοκλήρου με επεξεργασία κενού — μια μέθοδο που εφαρμόζεται ήδη ευρέως στην κατασκευή ημιαγωγών και οθονών.
Σε αντίθεση με τις μεθόδους υγρής χημικής επεξεργασίας που χρησιμοποιούνται συνήθως στα εργαστήρια, η τεχνική κενού επιτρέπει τη δημιουργία εξαιρετικά ομοιόμορφων επιφανειών μεγάλου μεγέθους με ακριβή έλεγχο του πάχους. Παράλληλα, αποφεύγεται η χρήση τοξικών διαλυτών και μειώνονται τα δομικά ελαττώματα που επηρεάζουν την απόδοση και τη δυνατότητα μαζικής παραγωγής.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι, αν η τεχνολογία αξιοποιηθεί σε βιομηχανική κλίμακα, θα μπορούσε να μετατρέψει τη γυάλινη πρόσοψη ενός ουρανοξύστη όπως το One World Trade Center της Νέας Υόρκης σε μια τεράστια ηλιακή επιφάνεια. Αυτή θα μπορούσε να παράγει αρκετές εκατοντάδες μεγαβατώρες ετησίως — ποσότητα ικανή να τροφοδοτήσει περίπου 40 μέσες αμερικανικές κατοικίες για έναν χρόνο.
«Το δομημένο περιβάλλον ευθύνεται για το 40% περίπου της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. Επομένως, οι τεχνολογίες που μετατρέπουν ομαλά τις επιφάνειες των κτιρίων σε πηγές παραγωγής ενέργειας γίνονται πλέον πιο επιτακτικές από ποτέ», δήλωσε η καθηγήτρια Bruno.
Πηγή: https://newatlas.com/energy/transparent-solar-cells-windows/
Πηγή: https://newatlas.com/energy/transparent-solar-cells-windows/
