С лънчевата енергия отдавна се възприема като чиста и устойчива алтернатива на изкопаемите горива. Въпреки това, внедряването ѝ в ежедневието остава ограничено от редица предизвикателства. Конвенционалните слънчеви панели са твърди, обемисти и непрозрачни, което затруднява интеграцията им в съвременната градска среда и потребителските технологии. В резултат на това, използването на соларни технологии остава съсредоточено основно върху покриви и открити терени.
Но нов тип слънчеви панели, почти невидими за окото, може да променят всичко.
Прозрачните слънчеви панели имат потенциала да трансформират прозорците, автомобилите и дори телефоните ни в повърхности за събиране на енергия. Пробивът, постигнат от международния екип на проекта CitySolar, е значителен напредък за възобновяемата енергия, позволявайки на цели небостъргачи да функционират като електроцентрали, със слънчеви панели за прозорци.
За разлика от традиционните модели, тези панели от новото поколение се сливат с околната среда. Някои от тях са толкова прозрачни, че могат да достигнат до 79% прозрачност, но средният процент е около 70%.
Основната причина за този напредък е откритие на 2D материали с дебелина едва няколко атома. Тези материали, известни с името "дихалкогениди на преходен метал", демонстрират отлична способност за абсорбиране на светлината и предлагат регулируеми свойства, които могат да бъдат настроени.
Съчетаването на органични слънчеви клетки с известния с високата си ефективност материал перовскит позволи на учените да постигнат ефективност от 12,3 процента - близка до тази на търговските слънчеви клетки.
„Прозрачните слънчеви клетки могат да бъдат следващата голяма стъпка в изграждането на интегрирани енергийни решения”, споделя професор Мортен Мадсен от Университета на Южна Дания, който е един от ключовите изследователи зад пробива.
„Големите стъклени фасади, открити в съвременните офис сгради, вече могат да се използват за производство на енергия, без необходимост от допълнително пространство или специални структурни промени. Това представлява огромна пазарна възможност.“
Проектът CitySolar е първият, който преодолява основното предизвикателство с прозрачните слънчеви клетки, а именно балансирането на ефективността и прозрачността. Комбинацията от перовскит с органичен слой позволява на клетката да абсорбира електричество от близката инфрачервена и ултравиолетова светлина, като в същото време позволява на видимата светлина да преминава.
Двата материала са също така много достъпни, посочва професор Мадсен, което прави технологията подходяща за внедряване в търговски мащаб. Понастоящем проектът е на ниво на технологична готовност (TRL) между пет и шест, което означава, че е в междинния етап между доказването на концепцията и прототипа.
Той вече е получил почти 4 милиона евро финансиране от ЕС с надеждата да помогне на Европа в стремежа ѝ да постигне пълно декарбонизиране на строителния сектор, който представлява приблизително 40% от енергийното потребление на континента. Екипът, стоящ зад откритията, в момента провежда дискусии с индустриални партньори за увеличение на производството на прозрачните слънчеви панели и тяхното предоставяне за бъдещи строителни проекти.
„Все още имаме подобрения в изследванията, но най-важното е, че знаем къде са предизвикателствата и имаме ясна стратегия за тяхното преодоляване,“ заявява професор Мадсен. „Можем да увеличим мащаба на това, което имаме, но имаме нужда от бизнес партньори.“
Иновативни инженерни подходи
.
— My Zero Carbon #ClimateAction (@MyZeroCarbon) May 19, 2025
These windows act as transparent solar panels @WEF
can be added to standard windows while they’re being made.
the windows could transform solar capacity worldwide and turn skyscrapers into solar powerhouses #ClimateAction #ClimateChange #renewables pic.twitter.com/Y5eR7s7T1E
За изграждането на тези почти невидими клетки, изследователите свързват волфрамов дисулфид с прозрачен проводник. Този проводник, индиево-калаен оксид, вече е в употреба в технологии като телефонни екрани и сензорни панели. Чрез изследване на взаимодействието между тези два материала, екипите откриват начини за подобряване на слънчевата абсорбция, без да блокират светлината. Тази комбинация образува тънък, гъвкав слой, способен да превръща околната светлина в електрическа енергия.
Проектът, ръководен от Тошиаки Като от университета Тохоку, оптимизира контактните бариери между материалите, чрез покриване на ITO с тънки слоеве мед и волфрамов оксид. Тази иновация намалява височината на бариерата на Шотки, подобрявайки събирането на носители и ефективността на преобразуването на енергия.
„Нашият подход подобри ефективността на преобразуване на мощността над 1000 пъти в сравнение с устройствата, използващи стандартни ITO електроди,“ обяснява Като.
Полученото устройство постига 79% прозрачност и плътност на мощността от 13 миливата на квадратен сантиметър, сравнима с тази на традиционните непрозрачни слънчеви клетки.
Приложения за бъдещето
Потенциалните приложения на тези прозрачни слънчеви клетки са огромни. В архитектурата, те биха могли да преобразуват прозорците в енергийни панели, без да променят визуалната естетика или да намаляват естествената светлина. С тази иновация, небостъргачите с техните обширни стъклени фасади могат да се трансформират в електроцентрали.
В електрическите превозни средства прозрачните слънчеви клетки могат да бъдат интегрирани в предни стъкла или панели на каросерията, което ще подобри обхвата и ще намали зависимостта от инфраструктурата за зареждане. Носимата технология също може да профитира от тези клетки, които могат да захранват смарт часовници, фитнес тракери и медицински устройства, вградени в дрехи или аксесоари. Бъдещите версии дори могат да се интегрират в човешката кожа за захранване на биомедицински импланти като пейсмейкъри или глюкозни монитори.
Въздействие върху околната среда
Преминаването към прозрачни слънчеви клетки може да окаже дълбочинно влияние върху околната среда. Чрез интегриране на слънчева технология в ежедневни обекти, зависимостта от изкопаеми горива би могла значително да намалее. В контекста на глобалните усилия за борба с климатичните промени, слънчевата енергия не произвежда емисии на парникови газове, което я прави чисто решение.
Предизвикателства
Въпреки потенциалът на прозрачните слънчеви клетки, има и няколко предизвикателства, които могат да попречат на тяхното използване. Издръжливостта остава основен проблем, особено за устройства, които трябва да понасят дългосрочно излагане на различни климатични условия. Мащабът на производството също представлява предизвикателство, тъй като са необходими прецизни техники за отлагане на материали за постигане на постоянна производителност. Разходите за материали също са важен фактор, тъй като 2D материалите, използвани в новите клетки, са сравними със силиция, основния материал в традиционните слънчеви панели. Изследователите активно проучват рентабилни алтернативи и производствени иновации, за да направят тази технология достъпна за широката публика.
Визия за бъдещето
Напредъкът в нанотехнологиите, материалознанието и инженерството налага нови стандарти при разработката на устройства, които предизвикват традиционните ограничения. С развитието на тези технологии, те готови да променят начина, по който се възприема и използва слънчевата енергия.
„Потенциалът на прозрачните слънчеви клетки значително надхвърля настоящите им приложения,“ казва Като. „От захранване на градската инфраструктура до интеграция с потребителската електроника, тези клетки представляват устойчиво бъдеще, което свързва технологиите с околната среда.“
Резултатите от това изследване, публикувани в списанието Scientific Reports, сигнализират за промяна на парадигмата в технологиите за възобновяема енергия. С продължаващите иновации, почти невидимите слънчеви клетки могат да се превърнат в основен елемент на един по-зелен и свързан свят.
