Япония разрабатывает солнечную батарею, которая «обнаруживает» магнитные поля

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

В Японии только что объявили о прорыве в технологии солнечных элементов, когда прототип устройства может управлять генерируемым током под воздействием внешнего магнитного поля. Вместо использования традиционного p–n-перехода, новый элемент использует объемный фотоэлектрический эффект в «сложенной» структуре между двумя материалами: двумерным полупроводниковым слоем MoS₂ и слоем магнитного материала CrPS₄.

Иллюстрация объемного фотогальванического эффекта, управляемого магнитным полем. Фото: Лаборатория Мацуда, Киотский университет.

При нормальных условиях освещения батарея работает как объемный фотоэлектрический элемент, преобразуя свет в электричество. Когда магнитное поле прикладывается к поверхности батареи, например, путем размещения магнита или катушки, генерирующей поле, рядом с устройством, ток мгновенно меняет интенсивность, 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 отслаивание листов MoS₂ и CrPS₄ от объемного кристалла, за которым следует метод сухого переноса для точной сборки двух слоев в структуру Ван-дер-Ваальса. Готовое устройство освещается, и его электрические свойства измеряются при различных значениях напряженности магнитного поля.

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

Выдающимся преимуществом этой технологии является ее простота и гибкость в конструкции. Без необходимости в сложных схемах управления панели могут быть тонкими, легкими и легко гнуться для приклеивания к стеклянным поверхностям, крышам или даже корпусам мобильных устройств.

Потенциальные области применения включают в себя датчики с автономным питанием, энергоэффективную древесину, умные стекла, которые самостоятельно регулируют питание, а также множество устройств Интернета вещей, которым требуются сверхтонкие батареи.

Технология управления током магнитного поля также обещает улучшенную производительность в условиях слабого освещения или фрагментации. Сочетание объемного фотоэлектрического эффекта с возможностью настройки магнитных полей открывает возможности для преодоления ограничений производительности современных фотоэлектрических ячеек.

Прототип все еще находится на лабораторной стадии, но его потенциальные приложения привлекли внимание многих международных исследовательских институтов и предприятий. Дальнейшие эксперименты будут сосредоточены на оптимизации материалов, расширении диапазона рабочих температур и магнитного поля, с целью крупномасштабного производства в течение следующих 5–10 лет.

Во Вьетнаме, где солнечная мощность быстро растет, эта технология может принести практическую пользу. Магнитно-управляемые панели можно легко встроить в крыши, окна или мобильные зарядные станции. Когда распределенной сети (умной сети) необходимо сбалансировать мощность, батареи могут автоматически отключаться при наличии избыточной мощности или увеличивать емкость для компенсации нагрузки при необходимости. Это помогает снизить потери при передаче и повысить стабильность системы.

Не ограничиваясь только гражданскими применениями, магнитно-управляемые батареи также подходят для энергетических проектов, обслуживающих исследования, датчики окружающей среды или автономные беспилотники, которым требуются гибкие источники питания. Возможность мгновенного включения/выключения тока с помощью магнитных полей обещает создать поколение умных «супербатарей» в соответствии с глобальными тенденциями зелени и цифровизации.

После коммерциализации технология магнитно-управляемых солнечных элементов станет поворотным моментом в отрасли возобновляемой энергетики: от пассивных солнечных панелей к «активным» энергетическим устройствам, взаимодействующим с окружающей средой. Это предпосылка для умных городов, саморегулирующихся энергетических зданий и ряда будущих приложений, способствующих построению устойчивой энергетической экосистемы.

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