Созданы высокоэффективные гибкие генераторы на основе перовскита

Революция происходит в разработке автономных беспроводных датчиков, бытовой электроники с низким энергопотреблением, умных домов, домашней электроники и Интернета вещей. Все связанные технологии требуют эффективных и простых в интеграции устройств сбора энергии для своей мощности. Ожидается, что в ближайшие десятилетия миллиарды беспроводных датчиков будут установлены во внутренних помещениях.

Внутренние фотоэлектрические источники питания на ультратонких изогнутых подложках могут способствовать этим технологическим инновациям, если они могут обеспечить достаточное количество энергии для электронных компонентов, оставаясь при этом небольшими, удобными и экономичными. Этот тип энергоснабжения устраняет необходимость в батареях и обеспечивает бесшовную интеграцию.

Эти технологии требуют фотоэлементов на тонких гибких подложках, которые могут обеспечить превосходную производительность при искусственном освещении в помещении с использованием спектров и уровней освещенности, преобладающих в домах, магазинах и офисах (то есть, от 100 до 500 люменов). Эти значения на два-три порядка ниже, чем те, которые находятся на улице под солнцем, и которые используются в качестве стандартных условий испытаний для типичных солнечных элементов.

Международная команда с исследователями из трех стран опубликовала результаты своего проекта в статье в Cell Reports Physical Science.

Члены команды из Центра гибридной и органической солнечной энергии, Римского университета – Tor Vergata, Universidad Surcolombiana, Нейва, Колумбия, и из Института органической электроники им. Фраунгофера из Дрездена, Германия.

Они сообщают о выработке электроэнергии в помещениях с помощью гибких фотоэлектрических элементов на основе перовскита (PSC), изготовленных на подложках из ультратонкого гибкого стекла (FG) с покрытием из индия и олова (ITG) с отличным коэффициентом пропускания (> 80%), сопротивляемости листа (13 Ом/квадрат) и изгибаемость, превосходя 1600 процедур изгиба при кривизне 20,5 мм. Они оптимизировали фотоэлектрические элементы на основе перовскита на ультратонком гибком стекле, добавив мезопористый каркас поверх компактных слоев SnO2, обеспечив большой скачок в эффективности, достигнув 20,6% (плотность мощности 16,7 мкВт/см2) и 22,6% (35,0 мк Вт/см2) до 200 и 400 люменов светодиодной подсветки соответственно.

Полученные коэффициенты полезного действия представляют собой наивысшую оценку для любой технологии фотоэлектрических элементов внутри помещений, которая является гибкой и изгибаемой, а также превосходит на 60-90% запас по сравнению с предыдущими наиболее эффективными фотоэлектрическими элементами на основе перовскита на гибких подложках. Удельная мощность в ваттах на грамм веса (Вт/г) на 40–55% выше, чем у их аналогов на пластиковых пленках ПЭТ, и на порядок выше, чем на жестком стекле.

Эти цифры подчеркивают потенциал бесшовной интеграции этих ультратонких и сверхлегких энергетических устройств в электронных компонентах внутри помещений. Все активные слои фотоэлектрических элементов на основе перовскита были нанесены при низкой температуре и путем обработки раствора, что означает, что изготовление устройств на ультратонком гибком стекле с рулона на рулон может быть реализовано не только для слоя ITO, но и для всех других слоев методами печати в недалеком будущем.

Кроме того, стекло, даже в его гибкой форме, создает исключительно эффективный барьер проницаемости для газов, о которых известно, что они разлагают перовскитные материалы, что делает этот тип технологии потенциальным источником энергии для внутренней электроники будущего.

По материалам Techxplore