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A equipa atingiu uma eficiência de 8,1% e uma transparência de 43,3% com um design orgânico, ou à base de carbono, em vez do silício convencional. Enquanto as células têm uma leve tonalidade verde, elas são muito mais parecidas com o cinza dos óculos de sol e janelas de automóveis.
“As janelas, que estão na face de cada edifício, são um local ideal para as células solares orgânicas porque oferecem algo que o silicone não pode, que é uma combinação de eficiência muito alta e transparência muito alta visível”, disse Stephen Forrest, o Peter A. Franken Distinto Professor Universitário de Engenharia e Paul G. Goebel Professor de Engenharia, que liderou a pesquisa.
Buildings com fachadas de vidro normalmente têm um revestimento que reflete e absorve parte da luz, tanto nas partes visíveis como infravermelhas do espectro, para reduzir a luminosidade e o aquecimento dentro do edifício. Em vez de desperdiçar essa energia, os painéis solares transparentes poderiam usá-la para tirar uma dentada das necessidades eléctricas do edifício. A transparência de algumas janelas existentes é semelhante à transparência das células solares relatórios do grupo Forrest na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
“O novo material que desenvolvemos, e a estrutura do dispositivo que construímos, teve de equilibrar várias contrapartidas para fornecer boa absorção da luz solar, alta tensão, alta corrente, baixa resistência e transparência neutra em termos de cor, tudo ao mesmo tempo”, disse Yongxi Li, um cientista assistente de pesquisa em engenharia elétrica e ciência da computação.
O novo material é uma combinação de moléculas orgânicas concebidas para serem transparentes no visível e absorventes no infravermelho próximo, uma parte invisível do espectro que é responsável por grande parte da energia na luz solar. Além disso, os pesquisadores desenvolveram revestimentos ópticos para aumentar tanto a energia gerada pela luz infravermelha quanto a transparência na faixa visível — duas qualidades que normalmente competem entre si.
A versão neutra de cor do dispositivo foi feita com um eletrodo de óxido de estanho de índio. Um eletrodo de prata melhorou a eficiência para 10,8%, com 45,8% de transparência. No entanto, a tonalidade ligeiramente esverdeada dessa versão pode não ser aceitável em algumas aplicações de janela.
Células solares transparentes são medidas pela sua eficiência de utilização da luz, que descreve quanta energia da luz que atinge a janela está disponível como electricidade ou como luz transmitida no lado interior. As células solares transparentes anteriores têm uma eficiência de utilização da luz de aproximadamente 2-3%, mas a célula de óxido de estanho índio é classificada em 3,5% e a versão prata tem uma eficiência de utilização da luz de 5%.
As duas versões podem ser fabricadas em larga escala, utilizando materiais que são menos tóxicos do que outras células solares transparentes. As células solares orgânicas transparentes também podem ser personalizadas para latitudes locais, aproveitando o fato de que são mais eficientes quando os raios solares estão batendo nelas em um ângulo perpendicular. Elas podem ser colocadas entre as janelas de vidro duplo..
Forrest e sua equipe estão trabalhando em várias melhorias da tecnologia, com o próximo objetivo de alcançar uma eficiência de utilização da luz de 7% e estender a vida útil da célula para cerca de 10 anos. Eles também estão investigando a economia da instalação de janelas de células solares transparentes em edifícios novos e existentes.
A pesquisa está publicada nos Anais da Academia Nacional de Ciências no artigo “Color-Neutral, Semitransparente Fotovoltaico Orgânico”, por Forrest, Li e colegas Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade e Maojie Zhang. A equipe inclui pesquisadores da North Carolina State University, Soochow University na China e do SLAC National Accelerator Laboratory.
Este material é baseado no trabalho apoiado pelo Escritório de Tecnologias de Energia Solar do Departamento de Energia dos EUA, bem como pelo Escritório de Pesquisa Naval e Universal Display Corporation.
Forrest também é professor de engenharia elétrica e informática, ciência e engenharia de materiais e física.