1
A csapat 8,1 százalékos hatékonyságot és 43,3 százalékos átlátszóságot ért el a hagyományos szilícium helyett szerves, azaz szénalapú kialakítással. Bár a celláknak van egy enyhe zöld árnyalatuk, sokkal inkább hasonlítanak a napszemüvegek és autóablakok szürkéjére.
“Az ablakok, amelyek minden épület homlokzatán ott vannak, ideális hely a szerves napelemek számára, mert olyasmit nyújtanak, amit a szilícium nem tud, vagyis a nagyon magas hatásfok és a nagyon magas látható átlátszóság kombinációját” – mondta Stephen Forrest, a Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering és Paul G. Goebel Professor of Engineering, aki a kutatást vezette.
Az üveghomlokzattal rendelkező épületeken általában olyan bevonat található, amely visszaveri és elnyeli a fény egy részét, mind a spektrum látható, mind az infravörös tartományban, hogy csökkentse a fényerőt és a felmelegedést az épület belsejében. Ahelyett, hogy ezt az energiát kidobnák, az átlátszó napelemek felhasználhatnák az épület villamosenergia-szükségletének csökkentésére. Egyes meglévő ablakok átlátszósága hasonló a Forrest csoportja által a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban közölt napelemek átlátszóságához.
“Az általunk kifejlesztett új anyagnak és az általunk épített eszköz szerkezetének több kompromisszumot kellett kiegyensúlyoznia, hogy egyszerre jó napfényelnyelést, nagy feszültséget, nagy áramot, alacsony ellenállást és színsemleges átlátszóságot biztosítson” – mondta Yongxi Li, az elektrotechnika és informatika tudományos segédmunkatársa.
Az új anyag olyan szerves molekulák kombinációja, amelyeket úgy terveztek, hogy a látható tartományban átlátszóak, a közeli infravörös tartományban pedig elnyelőek legyenek, a spektrum láthatatlan részében, amely a napfény energiájának nagy részét adja. Emellett a kutatók olyan optikai bevonatokat fejlesztettek ki, amelyek mind az infravörös fényből előállított teljesítményt, mind a látható tartományban való átlátszóságot növelik – két olyan tulajdonságot, amelyek általában egymással versengenek.
A készülék színsemleges változata indium-ón-oxid elektródával készült. Az ezüst elektróda 10,8%-ra javította a hatékonyságot, 45,8%-os átlátszóság mellett. Ennek a változatnak az enyhén zöldes árnyalata azonban nem biztos, hogy elfogadható egyes ablakos alkalmazásoknál.
Az átlátszó napelemeket a fényhasznosítási hatásfokukkal mérik, ami azt írja le, hogy az ablakra érkező fényből mennyi energia áll rendelkezésre akár elektromos áramként, akár a belső oldalon áteresztett fényként. A korábbi átlátszó napelemek fényhasznosítási hatásfoka nagyjából 2-3%, de az indium-ón-oxid cella 3,5%-os, az ezüst változaté pedig 5%-os fényhasznosítási hatásfokkal rendelkezik.
Mindkét változat nagy mennyiségben gyártható, olyan anyagok felhasználásával, amelyek kevésbé mérgezőek, mint más átlátszó napelemek. Az átlátszó szerves napelemek a helyi szélességi körökhöz is igazíthatók, kihasználva azt a tényt, hogy akkor a leghatékonyabbak, ha a napsugarak merőleges szögben érik őket. Elhelyezhetők a dupla üvegezésű ablakok ablaktáblái között…
Forrest és csapata a technológia számos fejlesztésén dolgozik, a következő cél a 7%-os fényhasznosítási hatásfok elérése és a cella élettartamának körülbelül 10 évre történő meghosszabbítása. Vizsgálják továbbá az átlátszó napelemes ablakok új és meglévő épületekbe való beépítésének gazdaságosságát.
A kutatás a Proceedings of the National Academy of Sciences című folyóiratban jelent meg Forrest, Li és munkatársai, Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade és Maojie Zhang “Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics” című cikkében. A csapatban az Észak-Karolinai Állami Egyetem, a kínai Soochow Egyetem és a SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratórium kutatói is részt vesznek.
Az anyag az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Napenergia Technológiák Hivatala, valamint a Tengerészeti Kutatási Hivatal és az Universal Display Corporation által támogatott munkán alapul.
Forrest a villamosmérnöki és informatikai, az anyagtudományi és mérnöki, valamint a fizika professzora.