«Умные» окна, которые прозрачны, когда темно или прохладно, но автоматически темнеют, когда солнце слишком яркое, становятся все более популярными энергосберегающими устройствами. Но представьте, что когда окно потемнело, то оно еще одновременно производит электричество. Такой материал - фотогальваническое стекло, которое также обратимо термохромное, - зеленая технология, над которой давно работают ученые, и теперь ученые из Лаборатории Лоренс Беркли (Berkeley Lab) продемонстрировали способ заставить его работать.
Исследователи из лаборатории Berkeley Lab обнаружили, что форма перовскита, одного из самых популярных в настоящее время материалов в исследованиях солнечной энергетики из-за высокой эффективности преобразования, на удивление хорошо работает как стабильный и фотоактивный полупроводниковый материал, который может обратимо переключаться между прозрачным состоянием и непрозрачным состоянием, не ухудшая электронные свойства.
Исследование, проведенное под руководством Пейдун Янга, было опубликовано на этой неделе в журнале Nature Materials в исследовании под названием «Термохромные галогенидные перовскитные солнечные элементы». Ведущими авторами были Цзя Линь, Минлиан Лай и Летиан Доу, все в исследовательской группе Ян.
Ученые сделали это открытие, исследуя фазовый переход материала - неорганического перовскита. «Этот класс неорганического галоидного перовскита обладает удивительной химией фазового перехода», - говорит Янг. - «Он может существенно измениться от одной кристаллической структуры к другой, когда мы слегка меняем температуру или вводим немного водяного пара».
Когда материал меняет свою кристаллическую структуру, он переходит от прозрачного к непрозрачному состоянию. «Эти два состояния имеют одинаковый состав, но очень разные кристаллические структуры», - сказал он.
Галогенидные перовскитные материалы представляют собой соединения, которые имеют кристаллическую структуру минерального перовскита. Его уникальные свойства, высокая эффективность и простота обработки сделали его одним из самых перспективных разработок в области солнечных технологий в последние годы.
Исследователи из другой лаборатории DOE, Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), недавно сделали соответствующее открытие, используя химическую реакцию в гибридном перовските, чтобы продемонстрировать переключаемое солнечное окно.
Исследователи Berkeley Lab первоначально не планировали разрабатывать термохромное солнечное окно. Они изучали фазовые переходы в перовскитных солнечных элементов и пытались улучшить стабильность в органически-неорганическом гибридном перовските иодида свинца-метиламмония. Поэтому они попытались использовать цезий для замены метиламмония.
«Химическая стабильность значительно улучшилась, но, к сожалению, фаза была нестабильной», - сказал Доу. - «Он превратился в низкотемпературную фазу. Это был недостаток, но затем мы превратили его в нечто уникальное и полезное».
Материал запускается для перехода от низкотемпературной к высокотемпературной фазе (или от прозрачной к непрозрачной) путем подачи тепла. В лаборатории требуемая температура составляла около 100 градусов по Цельсию. Янг сказал, что они работают, чтобы снизить ее до 60 градусов.
Лин, научный сотрудник Berkeley Lab, сказал, что влажность была использована, чтобы вызвать обратный переход. «Необходимое количество влаги зависит от композиции и желаемого времени перехода», - сказал он. «Например, больше бромида делает материал более стабильным, поэтому для такой же влажности потребуется более длительное время для перехода».
Исследователи также будут продолжать работу над разработкой альтернативных способов инициирования обратного перехода, например, путем приложения напряжения или разработки источника влаги.
«Солнечный элемент демонстрирует полностью обратимую производительность и отличную стабильность при повторяющихся циклах фазового перехода без какого-либо ухудшения цвета или ухудшения характеристик», - сказал Лай, аспирант группы. - «С помощью такого устройства здание или автомобиль могут запасать солнечную энергию через «умное» фотогальваническое окно».
Источник: http://newscenter.lbl.gov/2018/01/22/scientists-discover-material-ideal-smart-photovoltaic-windows/