1
Zespół osiągnął 8,1% wydajności i 43,3% przejrzystości z organicznym, lub na bazie węgla, projekt zamiast konwencjonalnego krzemu. Podczas gdy komórki mają lekki zielony odcień, są one znacznie bardziej podobne do szarości okularów przeciwsłonecznych i szyb samochodowych.
„Okna, które są na twarzy każdego budynku, są idealnym miejscem dla organicznych ogniw słonecznych, ponieważ oferują coś, czego krzem nie może, czyli połączenie bardzo wysokiej wydajności i bardzo wysokiej widocznej przejrzystości”, powiedział Stephen Forrest, the Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering oraz Paul G. Goebel Professor of Engineering, który kierował badaniami.
Budynki ze szklanymi fasadami zazwyczaj posiadają powłokę, która odbija i pochłania część światła, zarówno w widzialnej, jak i podczerwonej części widma, aby zmniejszyć jasność i ogrzewanie wewnątrz budynku. Zamiast wyrzucać tę energię na śmietnik, przezroczyste panele słoneczne mogłyby ją wykorzystać do zmniejszenia zapotrzebowania budynku na energię elektryczną. Przezroczystość niektórych istniejących okien jest podobna do przezroczystości ogniw słonecznych, o której donosi grupa Forresta w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Nowy materiał, który opracowaliśmy, oraz struktura urządzenia, które zbudowaliśmy, musiały zrównoważyć wiele kompromisów, aby zapewnić dobrą absorpcję światła słonecznego, wysokie napięcie, wysoki prąd, niską rezystancję i neutralną kolorystycznie przezroczystość w tym samym czasie”, powiedział Yongxi Li, asystent naukowca w dziedzinie inżynierii elektrycznej i informatyki.
Nowy materiał jest kombinacją organicznych molekuł zaprojektowanych tak, aby były przezroczyste w zakresie widzialnym i absorbowały w bliskiej podczerwieni, niewidzialnej części widma, która odpowiada za dużą część energii światła słonecznego. Ponadto naukowcy opracowali powłoki optyczne, aby zwiększyć zarówno moc generowaną ze światła podczerwonego i przejrzystości w zakresie widzialnym – dwie cechy, które są zwykle w konkurencji z sobą.
Neutralna kolorystycznie wersja urządzenia została wykonana z elektrodą z tlenku cyny indu. Srebrna elektroda poprawiła sprawność do 10,8%, przy 45,8% przezroczystości. Jednak lekko zielonkawy odcień tej wersji może nie być akceptowalny w niektórych zastosowaniach okiennych.
Przezroczyste ogniwa słoneczne są mierzone przez ich sprawność wykorzystania światła, która opisuje ile energii ze światła uderzającego w okno jest dostępne albo jako elektryczność albo jako światło przekazywane po stronie wewnętrznej. Poprzednie przezroczyste ogniwa słoneczne mają efektywność wykorzystania światła na poziomie około 2-3%, ale ogniwo z tlenku cyny indu jest oceniane na 3,5%, a wersja srebrna ma efektywność wykorzystania światła na poziomie 5%.
Obydwie wersje mogą być produkowane na dużą skalę, przy użyciu materiałów, które są mniej toksyczne niż inne przezroczyste ogniwa słoneczne. Przezroczyste organiczne ogniwa słoneczne mogą być również dostosowane do lokalnych szerokości geograficznych, wykorzystując fakt, że są one najbardziej wydajne, gdy promienie słoneczne uderzają w nie pod prostopadłym kątem. Można je umieścić między szybami w oknach z podwójnymi szybami…
Forrest i jego zespół pracują nad kilkoma ulepszeniami technologii, przy czym kolejnym celem jest osiągnięcie sprawności wykorzystania światła na poziomie 7% i wydłużenie czasu eksploatacji ogniw do około 10 lat. Badają również ekonomię instalacji okien z przezroczystymi ogniwami słonecznymi w nowych i istniejących budynkach.
Badania zostały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences w artykule „Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics,” autorstwa Forresta, Li i kolegów Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade i Maojie Zhang. Zespół obejmuje badaczy z North Carolina State University, Soochow University w Chinach i SLAC National Accelerator Laboratory.
Ten materiał jest oparty na pracy wspieranej przez U.S. Department of Energy Solar Energy Technologies Office, jak również Office of Naval Research i Universal Display Corporation.
Forrest jest również profesorem elektrotechniki i informatyki, materiałoznawstwa i inżynierii oraz fizyki.
.