1
Tým dosáhl účinnosti 8,1 % a průhlednosti 43,3 % pomocí organické konstrukce na bázi uhlíku namísto konvenčního křemíku. Články mají sice mírně zelený odstín, ale mnohem více připomínají šedou barvu slunečních brýlí a automobilových skel.
„Okna, která jsou na fasádě každé budovy, jsou ideálním místem pro organické solární články, protože nabízejí něco, co křemík nemůže, a to kombinaci velmi vysoké účinnosti a velmi vysoké viditelné průhlednosti,“ řekl Stephen Forrest, Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering a Paul G. Goebel Professor of Engineering, který výzkum vedl.
Budovy se skleněnými fasádami jsou obvykle opatřeny vrstvou, která odráží a pohlcuje část světla, a to jak ve viditelné, tak v infračervené části spektra, aby se snížil jas a zahřívání uvnitř budovy. Místo toho, aby se tato energie vyhazovala, mohly by ji průhledné solární panely využít k tomu, aby ukously část potřeby elektrické energie v budově. Průhlednost některých stávajících oken je podobná průhlednosti solárních článků, o které Forrestova skupina informuje v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Nový materiál, který jsme vyvinuli, a struktura zařízení, které jsme sestrojili, musely vyvážit několik kompromisů, aby zajistily dobrou absorpci slunečního světla, vysoké napětí, vysoký proud, nízký odpor a barevně neutrální průhlednost zároveň,“ řekl Yongxi Li, odborný asistent v oboru elektrotechniky a informatiky.
Nový materiál je kombinací organických molekul navržených tak, aby byly průhledné ve viditelné oblasti a absorbovaly v blízké infračervené oblasti, což je neviditelná část spektra, která představuje velkou část energie slunečního světla. Kromě toho vědci vyvinuli optické povlaky, které zvyšují jak výkon generovaný infračerveným světlem, tak průhlednost ve viditelné oblasti – dvě vlastnosti, které si obvykle vzájemně konkurují.
Barevně neutrální verze zařízení byla vyrobena s elektrodou z oxidu india a cínu. Stříbrná elektroda zlepšila účinnost na 10,8 % při průhlednosti 45,8 %. Mírně nazelenalý odstín této verze však nemusí být v některých okenních aplikacích přijatelný.
Transparentní solární články se měří podle účinnosti využití světla, která popisuje, kolik energie ze světla dopadajícího na okno je k dispozici buď jako elektřina, nebo jako prošlé světlo na vnitřní straně. Předchozí transparentní solární články měly účinnost využití světla zhruba 2-3 %, ale článek na bázi oxidu india a cínu má účinnost využití světla 3,5 % a stříbrná verze má účinnost využití světla 5 %.
Obě verze lze vyrábět ve velkém měřítku s použitím materiálů, které jsou méně toxické než jiné transparentní solární články. Transparentní organické solární články lze také přizpůsobit místním zeměpisným šířkám a využít toho, že jsou nejúčinnější, když na ně sluneční paprsky dopadají pod kolmým úhlem. Mohou být umístěny mezi skly dvojitých oken.“
Forrest a jeho tým pracují na několika vylepšeních technologie, přičemž dalším cílem je dosáhnout 7% účinnosti využití světla a prodloužit životnost článků na přibližně 10 let. Zkoumají také ekonomickou stránku instalace průhledných oken se solárními články do nových i stávajících budov.
Výzkum byl publikován ve Sborníku Národní akademie věd v článku „Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics“, jehož autory jsou Forrest, Li a jejich kolegové Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade a Maojie Zhang. Tým zahrnuje výzkumníky ze Státní univerzity v Severní Karolíně, univerzity Soochow v Číně a Národní urychlovací laboratoře SLAC.
Tento materiál vychází z práce podporované Úřadem pro technologie solární energie Ministerstva energetiky USA a také Úřadem pro námořní výzkum a společností Universal Display Corporation.
Forrest je také profesorem elektrotechniky a informatiky, materiálové vědy a inženýrství a fyziky.
Přednáší na univerzitě v Severní Karolíně.