СВЕРХЛЕГКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ БЕСПИЛОТНИКОВ

СВЕРХЛЕГКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ ДЛЯ БЕСПИЛОТНИКОВ

Исследователи из Австрии создали из перовскитных солнечных батарей ультратонкую, гибкую, растяжимую и практически невесомую «солнечную фольгу» и продемонстрировали возможность ее применения в качестве источника энергии для работы миниатюрных летательных аппаратов.

Для увеличения эффективности летательных аппаратов, работающих на солнечной энергии инженерам необходимы солнечные батареи, настолько тонкие и настолько легкие, насколько это возможно. Так, например, летательный аппарат Solar Impulse 2, на котором предпринята попытка совершить кругосветный перелет, оснащен только устройствами конверсии солнечной энергии в электрическую, созданными на основе кремниевых солнечных батарей толщиной в 130 мкм. Свинецорганические-галогенидные перовскитные материалы, возможно, представляют собой будущее фотогальваники, поскольку, будучи прямозонными проводниками, они поглощают свет с большей эффективностью и, следовательно, для создания солнечных батарей нужны более тонкие слои подобных материалов.

К сожалению, устойчивость перовскитных солнечных элементов в обычных условиях до сих пор является задачей, которую необходимо решать – дело в том, что перовскит разлагается в присутствии воды, а продукты его распада могут разрушать металлические электроды. Попытка же защитить перовскит, инкапсулируя его, может привести к увеличению и массы, и стоимости солнечной батареи.

Разрабатывая «солнечную фольгу» Мартин Кальтенбруннер (Martin Kaltenbrunner) с коллегами из Университета Иоганна Келера вложил слой перовскита CH₃NH₃PbI_3-xCl_x толщиной 200-300 нм между слоями электропроводных полимеров – поли(этилендиокситиофен):поли(стиролсульфоната) и N,N'-диметил-3,4,9,10-тетракарбоперилендиимида, нанес полученную систему на слой полиэтилентерефталата, после чего добавил прослойку Cr₂O₃/Cr и металлическую фольгу, выполнявшую роль электрон-селективного электрода, после чего устройство было запаяно в полиуретановую пленку. Получившиеся в результате солнечные батареи отличались производительностью 12% при толщине 3 мкм и плотности 5,2 г/м³.

Полученный материал характеризуется эффективностью 23 Ватта на грамм, что на настоящий момент является рекордом для фотогальванических материалов. В отсутствие промежуточного слоя Cr₂O₃/Cr проникновение паров воды в перовскитный слой может приводить к образованию йодидов, практически мгновенно способствующих коррозии электродов. Прослойка Cr₂O₃/Cr, защищающая электроды, позволяет солнечным батареям сохранять свою эффективность почти 2 дня.

Исследователи использовали свои ультратонкие солнечные батареи для приведение в действие миниатюрного летательного аппарата. (Рисунок из Nat. Mater., 2015, DOI: 10.1038/nmat4388)

Для демонстрации потенциальных возможностей исследователи создали модели самолета и дирижабля, работающие от солнечных батарей, показав возможность применения новой технологии. В будущем планируется оснастить такими солнечными батареями роботизированные летательные аппараты небольшого размера, также гибкость и растяжимость новых солнечных батарей может пригодиться для применения в микроэлектронике.

Источник: Nat. Mater., 2015, DOI: 10.1038/nmat4388