Новые солнечные панели из графена заряжают суперконденсаторы вместо батарей: что это дает

Технологию можно использовать в автономных датчиках и приложениях Интернета вещей, которые не нужно заряжать. Подробности исследования опубликовали в журнале Journal of Vacuum Science & Technology B.

В рамках научного проекта ученые разрабатывали автономные системы датчиков, получающих энергию из множества источников окружающей среды, например, от солнца, тепла, звука, движений, нелинейного и окружающего излучения. Они выбрали графеновые солнечные элементы вместо обычных высокоэффективных фотоэлементов, поскольку графен может накапливать еще и кинетическую энергию, что позволяет устройству работать даже без солнечного света.

Графен широко используется в исследованиях солнечной энергетики для разработки прозрачных электродов, контактов, транспортных слоев, а также антибликовых и защитных покрытий. Это полуметалл с нулевой шириной запрещенной зоны, способный поглощать лишь около 2,3% видимого света на слой, поэтому не может эффективно аккумулировать солнечную энергию самостоятельно. Однако его уникальные электронные и оптические свойства обуславливают его интересное фотоэлектрическое поведение при использовании в других устройствах.

Для создания фотоэлектрической ячейки ученые использовали коммерчески доступные кремниевые пластины n-типа толщиной 500 мкм, покрыв их сверху толстым слоем термического оксида. Верхний оксидный слой формировался и травился непосредственно на чистом кремнии, в то время как второй рисунок наносился на чип, после чего переносился металл для создания двух золотых контактов. Затем на открытую кремниевую поверхность и верхнюю контактную площадку нанесли многослойный графен.

Благодаря прозрачности графена свет проходит сквозь кремниевую подложку и поглощается ею. Элементы были соединены последовательно в небольшой массив.

"Выбирая и последовательно соединяя различные солнечные элементы, мы можем заряжать накопительные конденсаторы до необходимого уровня напряжения", — рассказали ученые.

На основе полученного элемента ученые создали систему датчиков температуры. Они решили использовать суперконденсаторы вместо аккумулятора, чтобы снизить общее энергопотребление и продлить срок службы. Три накопительных конденсатора получили разные функции.

Лабораторные испытания показали, что система работает автоматически, без внешнего источника питания. Она использует процессор, который большую часть времени находится в режиме ожидания и активируется лишь на короткое время.

"Накопительные конденсаторы непрерывно питают нашу систему датчиков температуры, даже периодически подзаряжаясь от солнечных батарей", — подчеркнули ученые.

Недавно Фокус разбирался, сколько солнечные панели генерируют энергии и могут ли питать весь дом. Технология очень полезна для украинцев, учитывая отключения света после обстрелов ВС РФ.