1
Teamet opnåede en effektivitet på 8,1 procent og en gennemsigtighed på 43,3 procent med et organisk eller kulstofbaseret design i stedet for konventionelt silicium. Selv om cellerne har et let grønt skær, ligner de meget mere det grå fra solbriller og bilruder.
“Vinduer, som findes på forsiden af alle bygninger, er et ideelt sted for organiske solceller, fordi de tilbyder noget, som silicium ikke kan, nemlig en kombination af meget høj effektivitet og meget høj synlig gennemsigtighed,” siger Stephen Forrest, Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering og Paul G. Goebel Professor of Engineering, som ledede forskningen.
Bygninger med glasfacader har typisk en belægning på dem, der reflekterer og absorberer noget af lyset, både i den synlige og infrarøde del af spektret, for at reducere lysstyrken og opvarmningen inde i bygningen. I stedet for at smide denne energi væk, kunne gennemsigtige solpaneler bruge den til at tage en bid af bygningens elbehov. Gennemsigtigheden af nogle eksisterende vinduer svarer til gennemsigtigheden af solcellerne Forrests gruppe rapporterer i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Det nye materiale, vi udviklede, og strukturen af den enhed, vi byggede, skulle balancere flere kompromiser for at give god sollysabsorption, høj spænding, høj strøm, lav modstand og farvenutral gennemsigtighed på samme tid”, siger Yongxi Li, assisterende forsker i elektroteknik og datalogi.
Det nye materiale er en kombination af organiske molekyler, der er konstrueret til at være gennemsigtige i det synlige og absorberende i det nærinfrarøde område, en usynlig del af spektret, der tegner sig for en stor del af energien i sollyset. Derudover har forskerne udviklet optiske belægninger for at øge både den effekt, der genereres fra infrarødt lys, og gennemsigtigheden i det synlige område – to kvaliteter, der normalt konkurrerer med hinanden.
Den farveneutrale version af enheden blev fremstillet med en indiumtinoxidelektrode. En sølvelektrode forbedrede effektiviteten til 10,8 % med en gennemsigtighed på 45,8 %. Denne versions let grønlige nuance er dog muligvis ikke acceptabel i visse vinduesapplikationer.
Transparente solceller måles på deres lysudnyttelsesgrad, som beskriver, hvor meget energi fra det lys, der rammer vinduet, der er tilgængelig enten som elektricitet eller som transmitteret lys på den indvendige side. Tidligere gennemsigtige solceller har en lysudnyttelsesgrad på ca. 2-3 %, men indium-tinoxid-cellen har en lysudnyttelsesgrad på 3,5 %, og sølvversionen har en lysudnyttelsesgrad på 5 %.
Både versioner kan fremstilles i stor skala, idet der anvendes materialer, der er mindre giftige end andre gennemsigtige solceller. De gennemsigtige organiske solceller kan også tilpasses til lokale breddegrader, idet de udnytter det faktum, at de er mest effektive, når solens stråler rammer dem i en vinkel, der er vinkelret på dem. De kan placeres mellem ruderne i termoruder..
Forrest og hans team arbejder på flere forbedringer af teknologien, hvor det næste mål er at nå en lysudnyttelseseffektivitet på 7% og forlænge cellens levetid til omkring 10 år. De er også ved at undersøge økonomien i at installere gennemsigtige solcellevinduer i nye og eksisterende bygninger.
Forskningen er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences i artiklen “Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics” af Forrest, Li og kollegerne Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade og Maojie Zhang. Holdet omfatter forskere fra North Carolina State University, Soochow University i Kina og SLAC National Accelerator Laboratory.
Dette materiale er baseret på arbejde, der er støttet af U.S. Department of Energy Solar Energy Technologies Office samt Office of Naval Research og Universal Display Corporation.
Forrest er også professor i elektroteknik og datalogi, materialevidenskab og -teknik samt fysik.