Тени зачастую ассоциируются у людей с темнотой и неопределённостью. При попадании на стандартные солнечные батареи они снижают эффективность работы фотоэлементов. Исследователи из Национального института Сингапура постарались выставить этот недооценённый оптический эффект «в положительном свете», продемонстрировав миру девайс под названием SEG (shadow-effect energy generator).
Тени вездесущи: нередко мы не только недооцениваем их пользу, но и стремимся их избегать, ведь традиционные солнечные панели нуждаются в постоянном и стабильном источнике света. Профессор материаловедения из Национального института Сингапура Тан Сви Чинг рассказал, что устройство SEG позволяет производить экологически чистую энергию даже в помещениях, лишённых прямого солнечного света. В основе этого концепта лежит идея использования контраста между освещёнными и затенёнными областями устройства. Разница между светом и тенью создаёт разность вольтажа, что приводит к появлению электрического тока.
SEG представляет собой решётку фотоэлементов, размещённых на прозрачной эластичной полимерной плёнке. В основе каждого элемента лежит кремниевая подложка, на которую нанесён тончайший слой золота. Когда всё устройство находится под прямыми солнечными лучами или в тени, оно практически не производит электричества. Активная генерация энергии начинается при частичном освещении. По словам профессора Чинга, наиболее оптимальной комбинацией освещённости является соотношение 1:1. Таким образом SEG имеет достаточно площади для создания максимально эффективного заряда. В рамках лабораторных испытаний исследователи сравнили производительность SEG из четырёх фотоэлементов и стандартной коммерческой солнечной панели. При условии искусственного освещения с подвижными тенями генератор энергии на базе теневого оптического эффекта показал себя в два раза эффективнее конкурента. Энергии, полученной в режиме низкой интенсивности освещения, хватило для питания цифровых часов (1,2 В).
С каждым годом нас окружает всё больше мобильных электронных девайсов: смартфонов, смарт-часов, смарт-очков и т. д. Все они нуждаются в эффективном и стабильном источнике энергии, который можно использовать как в помещении, так и на улице. На современном рынке давно существуют портативные солнечные аккумуляторы, однако их производительность оставляет желать лучшего. К тому же их КПД резко падает в домашних условиях, где практически невозможно избежать появления теней. Технологии, подобные SEG, могут значительно усовершенствовать эксплуатационную гибкость карманных электронных девайсов, сделав их менее зависимыми от стационарных зарядных станций и даже от портативных аккумуляторов.
Кроме того, в ходе лабораторных испытаний SEG исследователи обнаружили дополнительную возможность применения устройства в виде сенсора движения с автономным источником питания. Размещённый в коридоре со стабильным освещением, SEG будет производить относительно малое количество электричества. Однако приближение подвижного объекта создаст разность освещения, которая мгновенно отразится на производительности генерации энергии. Именно эти изменения станут сигналом для системы безопасности.
Команда из 6 исследователей потратила 4 месяца на разработку концепта SEG и его реализацию. В дальнейшем они планируют продолжить эксперименты с различными материалами, в частности, учёные рассчитывают найти альтернативу золоту в качестве электропроводного компонента устройства. В первую очередь это необходимо для снижения себестоимости производства с целью коммерческой реализации устройства в будущем. Кроме того, учёные Национального института Сингапура рассчитывают продолжить работу над созданием автономного сенсора движения с расширенным функциональным спектром, а также не исключают возможности развития серии носимых устройств, которые можно будет размещать на одежде и генерировать электроэнергию, занимаясь повседневными делами.
