Группа инженеров из Национальной лаборатории Лос-Аламоса разработала методику создания окон с функциями солнечных батарей. С помощью солнечных концентраторов на основе квантовых точек можно производить оконные панели большого размера, способные обеспечить электроэнергией целое здание.

Для создания солнечных окон ученые использовали «метод скальпеля», который напоминает технологии, применяемые в полиграфии, чтобы удалить излишек чернил и сделать поверхность однородной. Ученые нанесли на тонкий срез стекла смесь из поливинилпирролидона и крошечных полупроводников — коллоидных квантовых точек.

Полученные люминесцентные солнечные концентраторы (ЛСК) позволяют управлять процессом «впитывания» света и выполняют роль светособирающей антенны для концентрации солнечной энергии с большой поверхности на миниатюрные солнечные элементы. Свойства квантовых точек при этом можно настраивать таким образом, чтобы они впитывали свет лишь с определенной длиной волны и отсеивали неподходящие варианты. Кроме того, коллоидные квантовые точки устойчивы к свету и могут прослужить долгое время, пишет Inhabitat.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Nanotechnology, ученые отметили, что тонкий слой квантовых точек на поверхности стекла может сохранять свойства в течение 14 лет с КПД преобразования 1,9%. Чтобы разработка получила практическое применение, нужно добиться КПД как минимум в 6%.

Обычно для таких исследований используются небольшие стеклянные квадраты, но инженеры Лос-Аламоса смогли придать свойства солнечных батарей широким стеклянным панелям. Покрытие такого типа позволит превращать фасады зданий в мощные генераторы энергии.

Применение ЛСК также поможет сократить затраты на солнечную энергию. В отличие от обычных солнечных модулей, инновационным окнам не нужны дорогостоящие фотоэлектрические материалы.

По мнению Сергио Бровелли из Университета Милано-Бикокка, одного из координаторов исследования, технология может стать основой для создания городов с нулевым потреблением энергии. Ученый подсчитал, что если установить 12 000 оконных панелей на поверхности Всемирного торгового центра 1, то энергии хватит на обеспечение 350 квартир.

Недавно схожее решение представил стартап SolarWindow Technologies. Компания разработала специальное покрытие для стекол на основе углеродного материала, водорода, азота и кислорода. Если покрыть все стеклянные поверхности современного небоскреба составом от SolarWindow, то 30–50% необходимой зданию энергии можно будет получать от солнца. При этом солнечные окна будут вырабатывать в 50 раз больше энергии, чем сопоставимые фотоэлектрические элементы на крыше.

Ранее ученые из ИТМО представили оптические люминесцентные стекла, которые преобразовывают разрушительную для солнечного модуля энергию ультрафиолетового излучения и используют ее для дополнительной подзарядки. Если покрыть таким стеклом солнечную панель, то ее КПД может повыситься в два раза за счет преобразования ультрафиолета в электроэнергию.