1
Ryhmä saavutti 8,1 prosentin hyötysuhteen ja 43,3 prosentin läpinäkyvyyden orgaanisella eli hiilipohjaisella rakenteella tavanomaisen piin sijasta. Vaikka kennoissa on lievä vihreä sävy, ne muistuttavat paljon enemmän aurinkolasien ja autojen ikkunoiden harmaata sävyä.
”Ikkunat, joita on jokaisen rakennuksen julkisivussa, ovat ihanteellinen paikka orgaanisille aurinkokennoille, koska ne tarjoavat jotain sellaista, mitä pii ei pysty tarjoamaan, eli yhdistelmän erittäin korkeaa hyötysuhdetta ja erittäin korkeaa näkyvää läpinäkyvyyttä”, sanoi Stephen Forrest, Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering ja Paul G. Goebel Professor of Engineering, joka johti tutkimusta.
Lasijulkisivuilla varustetuissa rakennuksissa on tyypillisesti pinnoite, joka heijastaa ja absorboi osan valosta sekä spektrin näkyvässä että infrapunaosassa vähentääkseen kirkkautta ja lämmitystä rakennuksen sisällä. Läpinäkyvät aurinkopaneelit voisivat sen sijaan, että heittäisivät tuon energian hukkaan, käyttää sitä vähentämään rakennuksen sähköntarvetta. Joidenkin nykyisten ikkunoiden läpinäkyvyys vastaa Forrestin ryhmän raportoimien aurinkokennojen läpinäkyvyyttä Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä.
”Kehittämämme uuden materiaalin ja rakentamamme laitteen rakenteen oli tasapainotettava useita kompromisseja, jotta se tarjoaisi hyvän auringonvalon imeytymisen, korkean jännitteen, suuren virran, alhaisen resistanssin ja väritön läpinäkyvyyden samanaikaisesti”, sanoo sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteiden apulaistutkija Yongxi Li.
Uusi materiaali on yhdistelmä orgaanisia molekyylejä, jotka on suunniteltu siten, että ne ovat läpinäkyviä näkyvässä ja absorboivia lähi-infrapunassa, joka on spektrin näkymätön osa, joka muodostaa suuren osan auringonvalon energiasta. Lisäksi tutkijat kehittivät optisia pinnoitteita lisäämään sekä infrapunavalosta tuotettua tehoa että läpinäkyvyyttä näkyvällä alueella – kaksi ominaisuutta, jotka yleensä kilpailevat keskenään.
Värineutraali versio laitteesta tehtiin indiumtinaoksidielektrodilla. Hopeaelektrodi paransi hyötysuhteen 10,8 %:iin, läpinäkyvyyden ollessa 45,8 %. Tuon version hieman vihertävä sävy ei kuitenkaan välttämättä ole hyväksyttävä joissakin ikkunasovelluksissa.
Läpinäkyviä aurinkokennoja mitataan niiden valonkäyttöhyötysuhteella, joka kuvaa sitä, kuinka paljon energiaa ikkunaan osuvasta valosta on käytettävissä joko sähkönä tai läpäisevänä valona sisäpuolella. Aiempien läpinäkyvien aurinkokennojen valonhyötysuhde on noin 2-3 %, mutta indiumtinaoksidikennon valonhyötysuhde on 3,5 % ja hopeaversion valonhyötysuhde on 5 %.
Kummatkin versiot voidaan valmistaa suuressa mittakaavassa käyttäen materiaaleja, jotka ovat vähemmän myrkyllisiä kuin muut läpinäkyvät aurinkokennot. Läpinäkyvät orgaaniset aurinkokennot voidaan myös räätälöidä paikallisille leveysasteille hyödyntäen sitä, että ne ovat tehokkaimpia, kun auringonsäteet osuvat niihin kohtisuorassa kulmassa. Ne voidaan sijoittaa kaksinkertaisten ikkunoiden lasien väliin…
Forrest ja hänen ryhmänsä työskentelevät useiden parannusten parissa tekniikkaan, ja seuraava tavoite on saavuttaa 7 prosentin hyötysuhde valon hyödyntämisessä ja pidentää kennon käyttöikää noin 10 vuoteen. He tutkivat myös läpinäkyvien aurinkokennoikkunoiden asentamisen taloudellisuutta uusiin ja olemassa oleviin rakennuksiin.
Tutkimus on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä artikkelissa ”Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics”, jonka ovat kirjoittaneet Forrest, Li ja kollegansa Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade ja Maojie Zhang. Ryhmään kuuluu tutkijoita Pohjois-Carolinan valtionyliopistosta, Soochowin yliopistosta Kiinassa ja SLAC National Accelerator Laboratorysta.
Tämä aineisto perustuu työhön, jota ovat tukeneet Yhdysvaltain energiaministeriön aurinkoenergiateknologiatoimisto sekä merivoimien tutkimuslaitos ja Universal Display Corporation.
Forrest on myös sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen, materiaalitieteen ja -tekniikan sekä fysiikan professori.
Forrest on myös sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen, materiaalitieteen ja -tekniikan sekä fysiikan professori.