Μια νέα κατηγορία σχεδόν αόρατων ηλιακών κυττάρων θα μπορούσε σύντομα να μετατρέψει κάθε κοινή γυάλινη επιφάνεια σε γεννήτρια ηλεκτρικής ενέργειας. Η καινοτομία αυτή ανοίγει τον δρόμο για την ενσωμάτωση ηλιακής τεχνολογίας σε παράθυρα αυτοκινήτων, ηλιοροφές, έξυπνα γυαλιά, wearable συσκευές, καθώς και σε προσόψεις κτιρίων ή οικιακά παράθυρα, χωρίς να επηρεάζεται η αισθητική τους.
Η Επιστημονική Καινοτομία πίσω από τη Διαφάνεια
Επιστήμονες από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang (NTU) της Σιγκαπούρης, με επικεφαλής την Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Annalisa Bruno, ανέπτυξαν υπέρλεπτα, διαφανή ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη. Αυτά τα κύτταρα είναι περίπου 10.000 φορές πιο λεπτά από μια ανθρώπινη τρίχα και 50 φορές πιο λεπτά από τα συμβατικά ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη. Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό ACS Energy Letters.
Το κύριο πλεονέκτημα αυτών των ηλιακών κυττάρων είναι ότι είναι ημιδιαφανή και έχουν ουδέτερο χρώμα. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να εφαρμοστούν απευθείας σε γυάλινες επιφάνειες χωρίς να αλλοιώνουν την εμφάνισή τους, σε αντίθεση με τα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ. Η προσέγγιση αυτή είναι εξαιρετικά χρήσιμη για τις σύγχρονες πόλεις, όπου οι στέγες των κτιρίων είναι ήδη κορεσμένες, αλλά οι τεράστιες κάθετες γυάλινες επιφάνειες των παραθύρων παραμένουν αναξιοποίητες.
Απόδοση και Τεχνικές Προκλήσεις
Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, τα συγκεκριμένα κύτταρα μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια ακόμα και υπό έμμεσο ή διάχυτο φως. Αυτό το χαρακτηριστικό τα καθιστά ιδανικά για πυκνοκατοικημένα αστικά περιβάλλοντα με περιορισμένη άμεση έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία. Αν η τεχνολογία αυτή εφαρμοστεί σε μεγάλη κλίμακα, κτίρια με μεγάλες γυάλινες προσόψεις θα μπορούσαν θεωρητικά να παράγουν εκατοντάδες μεγαβατώρες καθαρής ενέργειας ετησίως.
Για την κατασκευή των κυττάρων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της θερμικής εξάτμισης (thermal evaporation), κατά την οποία το υλικό θερμαίνεται σε θάλαμο κενού μέχρι να εξατμιστεί και στη συνέχεια επικάθεται ως ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα.
«Η μέθοδος αυτή μας επιτρέπει να δημιουργούμε εξαιρετικά ομοιόμορφα στρώματα σε μεγάλες επιφάνειες, αποφεύγοντας τους τοξικούς διαλύτες και δίνοντάς μας τον πλήρη έλεγχο της διαφάνειας των κυττάρων», επισημαίνει η ερευνητική ομάδα του NTU.
Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι ένα αδιαφανές κύτταρο πάχους 60 νανομέτρων πέτυχε απόδοση περίπου 12%. Οι λεπτότερες αδιαφανείς εκδόσεις έφτασαν το 11% στα 30 νανόμετρα και το 7% στα 10 νανόμετρα. Από την άλλη πλευρά, η ημιδιαφανής έκδοση των 60 νανομέτρων επέτρεψε στο 41% του ορατού φωτός να περάσει μέσα από αυτήν, επιτυγχάνοντας απόδοση 7,6%.
Η Πορεία προς την Εμπορική Αξιοποίηση
Αν και τα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ στεγών προσφέρουν υψηλότερη απόδοση (μεταξύ 18% και 24%), τα διαφανή κύτταρα του NTU δεν στοχεύουν να τα ανταγωνιστούν σε απόλυτη ισχύ. Το μεγάλο τους πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα εκμετάλλευσης επιφανειών όπου η τοποθέτηση κοινών ηλιακών συλλεκτών θα ήταν αδύνατη ή μη επιθυμητή.
Ωστόσο, η έρευνα βρίσκεται ακόμα σε εργαστηριακό στάδιο. Η ομάδα του NTU έχει ήδη καταθέσει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και βρίσκεται σε συζητήσεις με εταιρείες για την επικύρωση της παραγωγικής διαδικασίας. Οι ερευνητές πρέπει τώρα να αποδείξουν ότι τα κύτταρα μπορούν να παραμείνουν σταθερά, να αντέξουν στη μακροχρόνια χρήση και να διατηρήσουν την απόδοσή τους όταν παράγονται σε μεγαλύτερες επιφάνειες.