Ранее существовали основные технические конфликты между солнечными элементами и фотодетекторами, которые должны быстро перемещать заряд для достижения максимальной выработки электроэнергии, и фотодетекторами, которые должны подавлять перемещение заряда для обнаружения слабых световых сигналов, что заставляет исследователей обычно использовать их в качестве самостоятельных устройств. Этот новый прорыв был достигнут благодаря использованию нового покрытия, изготовленного из одной простой молекулы бензола и фосфоновой кислоты (сокращенно BPA).
Когда это новое покрытие наносится на обычные прозрачные электроды (оксид индий-олова или ITO), BPA образует самосборящийся монослой (толщиной всего одной молекулы) и химически связывается с поверхностью. Это устройство может обеспечить выравнивание энергии на границе раздела, что не только способствует эффективному извлечению заряда солнечными элементами, но также подавляет фоновый шум и способствует обнаружению света.
В настоящее время электронные устройства, работающие на солнечной энергии в помещениях, такие как интеллектуальные датчики, носимые устройства и устройства Интернета вещей (IoT), требуют электроэнергии для работы, но батареи стареют и иногда не могут быть жестко подключены. Освещение в помещении достаточно, но обычные солнечные батареи не оптимизированы для освещения в помещении. Раньше требовалось два независимых устройства для сбора и обнаружения световой энергии, что удвоило стоимость и потребности в пространстве. Новый солнечный элемент фотодетектора BPA может выполнять двойную функцию генерации электроэнергии и обнаружения света на тонкой пленке и может работать при типичном внутреннем освещении (светодиод 1000 люксов, 2700 К).
Исследователи провели испытания и обнаружили, что эффективность покрытия в помещении достигает 28,6%, что превосходит традиционные покрытия, а также сохраняет стабильность, сохраняя 87% производительности после 1000 часов освещения в помещении. Новая технология также хорошо масштабируется до больших размеров, и соотношение цены и качества почти в девять раз выше, чем у существующих материалов, не теряя большой эффективности.
С более широкими перспективами применения эта новая пленка позволяет реализовать самопитающееся внутреннее оборудование без аккумуляторов и зарядки и, как ожидается, будет применяться в носимых устройствах, интеллектуальных здательных датчиках, промышленных мониторах и даже миниатюрных системах мониторинга. Он также совместим с гибкой электроникой и может стать путем к более дешевой и устойчивой экосистеме IoT.
Команда показала, что ключ к этому прорыву заключается в преднамеренном упрощении, использовании минималистичных молекул, а не стремлении к сложности, что может ускорить массовое применение внутренних фотоэлектрических элементов, снизить затраты и потребление материалов, питать ожидаемые миллиарды умных устройств в домах, фабриках и здравоохранении, питать новое поколение датчиков и носимых устройств без батарей и сделать внутреннюю электронику дешевле, эффективнее и устойчивее.
