Επιστήμονες ανέπτυξαν μικροσκοπικά ηλιακά κύτταρα που συλλέγουν ενέργεια από το φως εσωτερικών χώρων

Μια πρωτοποριακή τεχνολογία έρχεται να αλλάξει τα δεδομένα στην τροφοδοσία ενέργειας μικροσυσκευών, απαλλάσσοντάς τες από τις μπαταρίες. Επιστήμονες ανέπτυξαν μικροσκοπικά ηλιακά κύτταρα που συλλέγουν ενέργεια από το φως εσωτερικών χώρων – όπως αυτό ενός γραφείου ή σαλονιού – προσφέροντας μια βιώσιμη, αποδοτική και οικονομική λύση για το μέλλον των ηλεκτρονικών συσκευών.

Η τεχνολογία, που παρουσιάστηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Functional Materials, βασίζεται στο υλικό περοβσκίτης (perovskite), γνωστό ήδη από την εφαρμογή του σε σύγχρονα φωτοβολταϊκά. Το βασικό του πλεονέκτημα; Απορροφά το χαμηλής έντασης φως των εσωτερικών χώρων πολύ πιο αποδοτικά από τα παραδοσιακά φωτοβολταϊκά με βάση το πυρίτιο.

Τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη που ανέπτυξαν οι επιστήμονες εμφανίζουν έξι φορές υψηλότερη απόδοση από εκείνη των φωτοβολταϊκών μονοκρυσταλλικού πυριτίου σε συνθήκες εσωτερικού φωτισμού. Όπως δηλώνει ο αναπληρωτής καθηγητής ενεργειακών υλικών του University College London και συν-συγγραφέας της μελέτης, Μοτζταμπά Αμπντί Τζαλέμπι, αυτή η τεχνολογία μπορεί να αποτελέσει μια βιώσιμη και οικονομική εναλλακτική λύση έναντι των μπαταριών, ειδικά για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας.

Το πεδίο εφαρμογής είναι τεράστιο: αισθητήρες, πληκτρολόγια, συναγερμοί, έξυπνες οικιακές συσκευές και οποιοδήποτε άλλο μέλος του οικοσυστήματος του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT). Αυτές οι συσκευές, οι οποίες μέχρι σήμερα εξαρτώνται από συχνές αλλαγές ή φόρτιση μπαταριών, θα μπορούσαν στο εξής να λειτουργούν αποκλειστικά με την ενέργεια του περιβάλλοντος φωτός.

Παρότι ο περοβσκίτης είναι γνωστός για τις υψηλές αποδόσεις του, παρουσιάζει ευαισθησία στη μακροχρόνια χρήση και προβλήματα σταθερότητας. Για να αντιμετωπίσουν αυτές τις αδυναμίες, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο σύνθεσης, ενισχύοντας τη μοριακή δομή του υλικού.

Χρησιμοποιώντας χλωριούχο ρουβίδιο και δύο οργανικά άλατα (DMOAI και PEACl), κατάφεραν να σταθεροποιήσουν τα ιόντα και να αποτρέψουν τον διαχωρισμό των στοιχείων. Το αποτέλεσμα ήταν ένα υλικό πιο ανθεκτικό, με καλύτερη ροή ρεύματος και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

«Ένα ηλιακό κύτταρο με ατέλειες είναι σαν μια τούρτα κομμένη σε κομμάτια – εμείς ξαναενώσαμε τα κομμάτια», ανέφερε χαρακτηριστικά ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Σίμινγκ Χουάνγκ, υποψήφιος διδάκτορας στο UCL.

Τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών ήταν εντυπωσιακά: τα ηλιακά κύτταρα περοβσκίτη μετέτρεψαν το 37,6% του φωτός εσωτερικού χώρου σε ηλεκτρική ενέργεια, υπό φωτισμό 1.000 lux – συνθήκες που συναντώνται σε ένα καλά φωτισμένο γραφείο. Επιπλέον, η απόδοση διατηρήθηκε στο 92% μετά από 100 ημέρες, τη στιγμή που στα συμβατικά κύτταρα ελέγχου έπεσε στο 76%.

Η ερευνητική ομάδα βρίσκεται ήδη σε συζητήσεις με εταιρείες για την εμπορική παραγωγή της τεχνολογίας, σύμφωνα με τον Τζαλέμπι. Το βασικό πλεονέκτημα αυτών των ηλιακών κυττάρων, πέρα από την απόδοση, είναι το χαμηλό κόστος παραγωγής: βασίζονται σε άφθονα υλικά και κατασκευάζονται με απλές, ευέλικτες διαδικασίες.

Καθώς ο αριθμός των μικροσυσκευών αυξάνεται ραγδαία παγκοσμίως, η νέα τεχνολογία έρχεται να καλύψει ένα κρίσιμο ενεργειακό κενό, περιορίζοντας τη χρήση και την απόρριψη μπαταριών — πρακτική που θεωρείται μη βιώσιμη τόσο περιβαλλοντικά όσο και οικονομικά.

Αν η τεχνολογία περοβσκίτη για εσωτερικά ηλιακά κύτταρα αποδειχθεί εμπορικά βιώσιμη, θα μπορούσε να αποτελέσει το σημείο καμπής για τη μετάβαση σε πιο καθαρές και έξυπνες μορφές ενέργειας, φέρνοντας τις μικροσυσκευές ένα βήμα πιο κοντά στην ενεργειακή αυτονομία.