Перовскитные батарейки запитают системы «умного дома» и носимую электронику от комнатного освещения

Молодые ученые НИТУ «МИСиС» разработали перовскитные фотопреобразователи на основе наночастиц оксида никеля для автономного питания беспроводной маломощной электроники от комнатного освещения. Инновационные  фотомодули способны обеспечить энергией также фитнес-трекеры, умные часы и наушники.  Результаты работы опубликованы в международном журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.

Быстро растущий рынок беспроводных устройств для интернета вещей, таких  как датчики температуры, давления, влажности, движения, света,  требует автономных источников энергии с низким энергопотреблением (мощность ~ мкВт).

Решением проблемы может стать компактная внутренняя фотоэлектрическая батарейка, которая сможет обеспечивать энергией при стандартной  интенсивности света 200–1000 люкс, создаваемой искусственными источниками света, такими как светодиоды и галогенные лампы.

Кремниевые солнечные батареи с такой задачей не справятся, поскольку их «работоспособность» зависит от прямого солнечного света, и при комнатном освещении их КПД снижается в 5 раз.

Текущий рекорд для освещения слабой интенсивности  (200–400 люкс) поставлен новым поколением батареек на основе планарных перовскитных фотоэлементов, изготовленных из оксида олова. Основной их недостаток – снижение значения максимальной мощности, извлекаемой при непрерывной работе  фотоэлемента.

Команда молодых ученых лаборатории «Перспективная солнечная энергетика» НИТУ «МИСиС» предложила в качестве решения проблемы перевернутую конфигурацию фотомодуля с использованием наночастиц оксида никеля.

«В этой работе мы показываем, что перовскитные солнечные элементы могут быть реализованы в инвертированной (перевернутой) конфигурации с использованием NiO в качестве материала для переноса дырок. Для создания модулей на основе NiO мы использовали обычный высокотемпературный (300 ° C) и низкотемпературный (<100 ° C) процессы.

-Плотность мощности 36,5 мкВт/см2 была достигнута для сплошного слоя NiO, в то время как 28,4 мкВт/см2 было получено с ячеек со слоем из наночастиц NiO при стандартной освещенности любого офиса – 400 люкс. Полученной мощности хватит для мелких датчиков и даже для наушников и беспроводной клавиатуры» — рассказала один из авторов исследования научный сотрудник лаборатории «Перспективная солнечная энергетика» НИТУ «МИСиС» Татьяна Комаричева.

По словам разработчиков, помимо разницы в плотности мощности, наночастицы NiO позволили создать первый низкотемпературный неорганический слой, транспортирующий  положительные носители заряда для перовскитного солнечного элемента с низким уровнем освещенности, и, как мы показываем, его можно легко масштабировать до 1 см2 без потери производительности.

«Полученный прототип площадью 5 см2 позволил обеспечить энергией беспроводной Bluetooth Low Energy (BLE) датчика, предназначенного для передачи данных о температуре/давлении/влажности  в помещении», — добавила Татьяна Комаричева.

Помимо устройств интернета вещей, новые фотомодули можно будет использовать для питания «умных» банковских карт, пультов управления бытовой техникой, компьютерных мышей и клавиатур, маломощной техники типа кухонных весов, а также  носимой электроники.

В настоящее время коллектив разработчиков продолжает лабораторные испытания созданных прототипов.