Китайские учёные из Хэнаньского университета разработали новый прототип «умных солнечных окон», способных регулировать степень прозрачности, вырабатывать и хранить энергию солнечных лучей.

По словам исследователей, созданный ими прототип совмещает в себе достоинства электрохромных умных окон из биметаллического оксида николя-кобальта (NiCoO₂) и тонкоплёночных солнечных элементов на основе кестерита (CZTSSe). Ведущий автор проекта Гофань Цай из Хэнаньского университета пояснил, что особая структура позволяет не просто использовать солнечную энергию для подачи электрического напряжения с целью изменения коэффициента светопропускания, но также хранить определённый запас энергии. Прототип умного солнечного окна представляет собой многослойный «бутерброд», который состоит из:

• стеклянного субстрата с молибденовым покрытием (Mo);
• кестеритового фотогальванического материала (CZTSSe);
• буферного покрытия из сульфида кадмия (CdS);
• слоёв полупроводников:
  • • оксида цинка (ZnO);
    • оксида индия-олова (ITO);
• серебряных контактов.

Для формирования структуры умного солнечного стекла учёные использовали метод магнетронного распыления. Затем посредством химического осаждения они нанесли на стекло электрохромную плёнку из NiCoO₂, которая отличается отличными электрохимическими, электрохромными и энергосберегающими характеристиками за счёт пористой структуры наночешуек и синэргетического эффекта николя и кобальта. В качестве противоэлектрода выступает плёнка из оксида титана (TiO₂), которая усиливает электрохромные и энергосберегающие свойства прототипа.

Во время тестов в условиях стандартной освещённости прототип умного солнечного окна продемонстрировал потребление энергии на уровне 318,3 мВт·ч / м² при общей эффективности около 2,15%. По словам исследователей, подобные результаты сопоставимы с показателями большинства умных солнечных окон, разработанных до настоящего времени. В то же время электрохромная плёнка из NiCoO₂ показала достойные параметры оптической модуляции: высокую скорость переключения режима работы и хорошую стабильность электрохромного эффекта. Стоит отметить, что учёные впервые испытывали подобное покрытие с нейтральным цветом тонировки, что делает его более универсальным в вопросах совместимости с различными архитектурными и дизайнерскими решениями.

По мнению исследователей, одной из главных целей данного проекта было включение в прототип кестерита – одного из наиболее многообещающих светопоглощающих материалов для доступных тонкоплёночных фотогальванических покрытий. Главное достоинство кестерита заключается в том, что он состоит из общедоступных компонентов вроде меди, олова, цинка и селена, благодаря чему в обозримом будущем на рынке не предвидится проблем с его поставками. Увы, пока что кестеритовые фотоэлементы ещё не достигли показателей эффективности тонкоплёночных элементов на основе CIGS: их рекорд составляет 12,6% в сравнении с 18-22% CIGS. Тем не менее учёные видят перспективы в дальнейшем совершенствовании материала для его использования в умных солнечных окнах, которые можно было бы устанавливать как в зданиях, так и в транспортных средствах.