В последние годы ученые создали различные виды солнечных элементов, для которых не требуется солнце. От анти-солнечных панелей, которые вырабатывают электричество в темноте, до внутренних органических солнечных элементов и гибких перовскитных фотоэлектрических элементов, оптимизированных для преобразования света в помещении в электричество. Очередная концепция - это устройство, использующее тень для выработки электричества.

Команда исследователей из NUS Physics и NUS Materials Science and Engineering создала генератор теневого эффекта (SEG) - устройство, которое использует контраст в освещении между затененными и освещенными областями для выработки электричества. Как и в случае с органическими солнечными элементами, их изобретение представляет собой подход, позволяющий производить чистую энергию в условиях внутреннего освещения.

Руководитель исследования Тан Сви Чинг, доцент кафедры материаловедения и инженерии NUS, объяснил, - "В обычных фотоэлектрических или оптоэлектронных приложениях, где для питания устройств используется постоянный источник света, тени нежелательны, поскольку они ухудшают характеристики устройств. В этой работе мы использовали контраст освещения, вызванный тенями, как косвенный источник энергии. Контраст в освещении вызывает разность напряжений между тенью и освещенными участками, в результате чего возникает электрический ток. Эта новая концепция сбора энергии в присутствии теней беспрецедентна".

Смартфоны, умные электронные часы и другие мобильные электронные устройства нуждаются в эффективном и непрерывном источнике питания. Поскольку их носят и используют в помещении и на открытом воздухе, обычные солнечные батареи не подходят. Носимый источник питания должен быть таким, который использует окружающее освещение, а также отсутствие света. Вот почему новый подход команды NUS к поглотителю энергии из теней и освещения, связанный с низкой интенсивностью света, является таким захватывающим. Это может максимизировать эффективность сбора чистой энергии.

SEG недорогой и простой в изготовлении. Он состоит из набора ячеек SEG, размещенных на прозрачной и гибкой пластиковой пленке. Каждая ячейка представляет собой тонкую золотую пленку, нанесенную на кремниевую пластину.

Устройство выполняет две функции:

• Преобразует контраст освещения от частичного отбрасывания теней в электричество.
• Служит датчиком приближения с автономным питанием для наблюдения за проходящими объектами.

Команда проверила производительность SEG как датчика с автономным питанием и его способность генерировать электричество. Они провели лабораторные эксперименты с четырехэлементным SEG и обнаружили, что он вдвое эффективнее коммерческих кремниевых солнечных элементов в условиях смещения теней. 

SEG также работал как датчик с автономным питанием для наблюдения за движущимися объектами. Когда прерывистая тень падала на устройство при прохождении объекта, устройство начало регистрировать присутствие и движение объекта.

Следующим этапом исследований команды NUS станут экперименты с другими материалами для снижения стоимости устройства.