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研究チームは、従来のシリコンではなく、有機物、または炭素ベースの設計により、効率8.1％、透明度43.3％を達成しました。 この電池はわずかに緑色を帯びていますが、サングラスや自動車の窓の灰色によく似ています。
「あらゆる建物の表面にある窓は、有機太陽電池にとって理想的な場所です。 この研究を主導した Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering と Paul G. Goebel Professor of Engineering の Stephen Forrest 氏は次のように述べています。「ガラスのファサードを持つ建物には通常、可視光と赤外線のスペクトルの両方を反射したり吸収したりするコーティングがあり、建物内の明るさと暖房を低減します。 そのエネルギーを捨てるのではなく、透明なソーラーパネルで利用することで、建物の電力需要を抑えることができるのです。 私たちが開発した新材料と、構築したデバイスの構造は、太陽光の吸収、高電圧、大電流、低抵抗、色に依存しない透明性をすべて同時に実現するために、複数のトレードオフのバランスを取る必要がありました」と、電気工学およびコンピューター科学のアシスタント研究員であるYongxi Liは語っています。
この新材料は、可視光では透明で、近赤外では吸収されるように設計された有機分子の組み合わせです。 さらに、研究者たちは、赤外線から生成されるパワーと可視域での透明性の両方を高める光学コーティングを開発しました。 銀電極にすると、効率が10.8%に向上し、透明度は45.8%になった。
透明な太陽電池は、光利用効率で測定されます。これは、窓に当たる光のエネルギーが、電気として、または室内側の透過光として、どれだけ利用できるかを示すものです。 これまでの透明な太陽電池の光利用効率はおよそ 2 ～ 3% ですが、酸化インジウム スズ電池の光利用効率は 3.5% で、銀バージョンでは 5% です。
どちらのバージョンも、他の透明太陽電池よりも毒性が低い材料を使用して大規模に製造することができます。 また、この透明有機太陽電池は、太陽光が直角に当たるときに最も効率が高くなることを利用して、地域の緯度に合わせてカスタマイズすることができます。
Forrest氏と彼のチームは、この技術にいくつかの改良を加えており、次の目標は、光の利用効率を7％にし、セルの寿命を約10年に延ばすことである。 また、新規および既存の建物に透明な太陽電池窓を設置する経済性についても調査しています。
この研究は、米国科学アカデミー紀要の論文「カラー ニュートラル、半透明有機太陽光発電」で、フォレスト、リ、同僚 Xia Guo、Zhengxing Peng、ボニング ク、ホンピン ヤン、ハラルド アデ、マオジエ チャンによって発表されています。 このチームは、ノースカロライナ州立大学、中国のスーチョー大学、および SLAC 国立加速器研究所の研究者を含みます。
この資料は、米国エネルギー省太陽エネルギー技術局、海軍研究局、Universal Display Corporation の支援による研究を基にしています。