Япония разработала солнечную батарею, которая «обнаруживает» магнитные поля

Прорывная японская технология солнечных элементов теперь может «распознавать» магнитные поля и гибко включать/выключать или регулировать мощность генерации электроэнергии по мере необходимости.

В Японии только что объявили о прорыве в технологии солнечных элементов: прототип устройства способен управлять генерируемым током посредством внешнего магнитного поля. Вместо традиционного p-n-перехода новый элемент использует объёмный фотоэлектрический эффект в «сложенной» структуре из двух материалов: двумерного полупроводникового слоя MoS₂ и слоя магнитного материала CrPS₄.

Иллюстрация объёмного фотоэлектрического эффекта, управляемого магнитным полем. Фото: Лаборатория Мацуда, Киотский университет.

При нормальной освещённости аккумулятор работает как объёмный фотоэлемент, преобразуя свет в электричество. При воздействии магнитного поля на поверхность аккумулятора, например, путём размещения магнита или катушки, генерирующей поле, вблизи устройства, сила тока мгновенно изменяется, увеличиваясь, уменьшаясь или полностью отключаясь.

Эта функция позволяет регулировать выходную мощность в реальном времени без необходимости использования дополнительных компонентов управления, таких как диоды или транзисторы.

Процесс изготовления включает механическое отслоение листов MoS₂ и CrPS₄ от кристаллической массы с последующей сухой сборкой двух слоёв в структуру Ван-дер-Ваальса. Готовое устройство освещается, и его электрические свойства измеряются в магнитном поле различной напряжённости.

Результаты показывают не только, что эффективность преобразования света превышает предел равновесия традиционных кремниевых ячеек, но и то, что ток можно гибко контролировать, просто изменяя магнитное поле.

Выдающимся преимуществом этой технологии является простота и гибкость конструкции. Панели тонкие, лёгкие и легко гнутся, что позволяет наклеивать их на стеклянные поверхности, крыши и даже корпуса мобильных устройств, так как им не требуются сложные схемы управления.

Потенциальные области применения включают в себя датчики с автономным питанием, энергоэффективную древесину, умные стекла с автоматической регулировкой мощности и многие устройства Интернета вещей, которым требуются сверхтонкие батареи.

Технология управления током магнитного поля также обещает повышение производительности в условиях слабого освещения или фрагментации. Сочетание объёмного фотоэлектрического эффекта с возможностью управления магнитными полями открывает возможности для преодоления ограничений производительности современных фотоэлектрических элементов.

Прототип всё ещё находится на стадии лабораторных исследований, но его потенциальное применение вызвало интерес у многих международных исследовательских институтов и компаний. Дальнейшие эксперименты будут направлены на оптимизацию материалов, расширение диапазона рабочих температур и магнитного поля с целью организации крупномасштабного производства в ближайшие 5–10 лет.

Во Вьетнаме, где мощность солнечных электростанций стремительно растёт, эта технология может принести практическую пользу. Магнитоуправляемые панели легко интегрируются в крыши, окна или мобильные зарядные станции. Когда распределённой (интеллектуальной) сети необходимо сбалансировать мощность, аккумуляторы могут автоматически отключаться при наличии избытка энергии или увеличивать ёмкость для компенсации нагрузки при необходимости. Это помогает снизить потери при передаче и повысить стабильность системы.

Магнитоуправляемые аккумуляторы подходят не только для гражданского применения, но и для энергетических проектов, обслуживающих исследовательские проекты, датчики окружающей среды или автономные дроны, которым требуются гибкие источники питания. Возможность мгновенного включения/выключения тока с помощью магнитных полей обещает создание поколения интеллектуальных «супераккумуляторов», соответствующих глобальным тенденциям в области экологизации и цифровизации.

После коммерциализации технология магнитоуправляемых солнечных элементов станет поворотным моментом в отрасли возобновляемой энергетики: от пассивных солнечных панелей к «активным» энергетическим устройствам, взаимодействующим с окружающей средой. Это основа для умных городов, саморегулирующихся энергозданий и ряда будущих приложений, способствующих созданию устойчивой энергетической экосистемы.

Источник: https://khoahocdoisong.vn/nhat-ban-phat-trien-pin-nang-luong-mat-troi-nhan-dien-tu-truong-post1551512.html