1
Il team ha raggiunto un’efficienza dell’8,1 per cento e una trasparenza del 43,3 per cento con un design organico, o basato sul carbonio, piuttosto che sul silicio convenzionale. Mentre le celle hanno una leggera tinta verde, sono molto più simili al grigio degli occhiali da sole e dei finestrini delle automobili.
“Le finestre, che sono sulla faccia di ogni edificio, sono una posizione ideale per le celle solari organiche perché offrono qualcosa che il silicio non può, che è una combinazione di efficienza molto alta e trasparenza visibile molto alta”, ha detto Stephen Forrest, il Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering e Paul G. Goebel Professor of Engineering, che ha guidato la ricerca.
Gli edifici con facciate in vetro hanno in genere un rivestimento che riflette e assorbe parte della luce, sia nella parte visibile che infrarossa dello spettro, per ridurre la luminosità e il riscaldamento all’interno dell’edificio. Invece di buttare via quell’energia, i pannelli solari trasparenti potrebbero usarla per ridurre il fabbisogno di elettricità dell’edificio. La trasparenza di alcune finestre esistenti è simile alla trasparenza delle celle solari che il gruppo di Forrest riporta nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Il nuovo materiale che abbiamo sviluppato, e la struttura del dispositivo che abbiamo costruito, ha dovuto bilanciare molteplici compromessi per fornire un buon assorbimento della luce solare, alta tensione, alta corrente, bassa resistenza e trasparenza colore-neutro tutto allo stesso tempo”, ha detto Yongxi Li, un assistente ricercatore in ingegneria elettrica e informatica.
Il nuovo materiale è una combinazione di molecole organiche progettate per essere trasparente nel visibile e assorbente nel vicino infrarosso, una parte invisibile dello spettro che rappresenta gran parte dell’energia nella luce del sole. Inoltre, i ricercatori hanno sviluppato rivestimenti ottici per aumentare sia la potenza generata dalla luce infrarossa che la trasparenza nella gamma visibile – due qualità che di solito sono in concorrenza tra loro.
La versione colore-neutro del dispositivo è stata fatta con un elettrodo di ossido di stagno di indio. Un elettrodo d’argento ha migliorato l’efficienza al 10,8%, con una trasparenza del 45,8%. Tuttavia, la tinta leggermente verdastra di questa versione potrebbe non essere accettabile in alcune applicazioni per finestre.
Le celle solari trasparenti sono misurate in base alla loro efficienza di utilizzo della luce, che descrive quanta energia dalla luce che colpisce la finestra è disponibile come elettricità o come luce trasmessa sul lato interno. Le precedenti celle solari trasparenti hanno efficienze di utilizzo della luce di circa il 2-3%, ma la cella all’ossido di indio-stagno è valutata al 3,5% e la versione all’argento ha un’efficienza di utilizzo della luce del 5%.
Entrambe le versioni possono essere prodotte su larga scala, utilizzando materiali che sono meno tossici di altre celle solari trasparenti. Le celle solari organiche trasparenti possono anche essere personalizzate per le latitudini locali, sfruttando il fatto che sono più efficienti quando i raggi del sole le colpiscono con un angolo perpendicolare. Possono essere posizionate tra i vetri delle finestre a doppio vetro..
Forrest e il suo team stanno lavorando su diversi miglioramenti alla tecnologia, con il prossimo obiettivo di raggiungere un’efficienza di utilizzo della luce del 7% ed estendere la durata della cella a circa 10 anni. Stanno anche studiando l’economia dell’installazione di finestre a celle solari trasparenti in edifici nuovi ed esistenti.
La ricerca è pubblicata nei Proceedings of the National Academy of Sciences nell’articolo, “Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics,” da Forrest, Li e i colleghi Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade e Maojie Zhang. Il team comprende ricercatori della North Carolina State University, dell’Università di Soochow in Cina e del SLAC National Accelerator Laboratory.
Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti Solar Energy Technologies Office, nonché dall’Office of Naval Research e dalla Universal Display Corporation.
Forrest è anche professore di ingegneria elettrica e informatica, scienza e ingegneria dei materiali e fisica.