1
Echipa a obținut un randament de 8,1% și o transparență de 43,3% cu un design organic, sau pe bază de carbon, mai degrabă decât cu siliciu convențional. Deși celulele au o ușoară nuanță verde, ele seamănă mult mai mult cu griul ochelarilor de soare și al geamurilor de automobile.
„Ferestrele, care se află pe fața fiecărei clădiri, sunt o locație ideală pentru celulele solare organice, deoarece oferă ceva ce siliciul nu poate oferi, și anume o combinație de eficiență foarte mare și transparență vizibilă foarte mare”, a declarat Stephen Forrest, coordonatorul Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering și Paul G. Goebel Professor of Engineering, care a condus cercetarea.
Clădirile cu fațade de sticlă au de obicei un strat pe ele care reflectă și absoarbe o parte din lumină, atât în partea vizibilă, cât și în cea infraroșie a spectrului, pentru a reduce luminozitatea și încălzirea în interiorul clădirii. În loc să arunce această energie la gunoi, panourile solare transparente ar putea să o folosească pentru a reduce din necesarul de energie electrică al clădirii. Transparența unor ferestre existente este similară cu transparența celulelor solare pe care grupul lui Forrest o raportează în revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Noul material pe care l-am dezvoltat și structura dispozitivului pe care l-am construit au trebuit să echilibreze mai multe compromisuri pentru a oferi o bună absorbție a luminii solare, o tensiune ridicată, un curent ridicat, o rezistență scăzută și o transparență neutră din punct de vedere al culorii, toate în același timp”, a declarat Yongxi Li, cercetător științific asistent în inginerie electrică și informatică.
Noul material este o combinație de molecule organice proiectate pentru a fi transparente în vizibil și absorbante în infraroșu apropiat, o parte invizibilă a spectrului care reprezintă o mare parte din energia din lumina soarelui. În plus, cercetătorii au dezvoltat acoperiri optice pentru a spori atât puterea generată de lumina infraroșie, cât și transparența în domeniul vizibil – două calități care, de obicei, sunt în competiție una cu cealaltă.
Versiunea neutră din punct de vedere al culorii a dispozitivului a fost realizată cu un electrod de oxid de indiu-staniu. Un electrod de argint a îmbunătățit eficiența la 10,8%, cu o transparență de 45,8%. Cu toate acestea, nuanța ușor verzuie a acestei versiuni ar putea să nu fie acceptabilă în unele aplicații pentru ferestre.
Celele solare transparente sunt măsurate prin eficiența utilizării luminii, care descrie câtă energie din lumina care lovește fereastra este disponibilă fie sub formă de electricitate, fie sub formă de lumină transmisă pe partea interioară. Celulele solare transparente anterioare au randamente de utilizare a luminii de aproximativ 2-3%, dar celula din oxid de indiu-staniu este evaluată la 3,5%, iar versiunea din argint are un randament de utilizare a luminii de 5%.
Ambele versiuni pot fi fabricate la scară largă, folosind materiale care sunt mai puțin toxice decât alte celule solare transparente. Celulele solare organice transparente pot fi, de asemenea, personalizate pentru latitudini locale, profitând de faptul că sunt mai eficiente atunci când razele soarelui le lovesc la un unghi perpendicular. Ele pot fi plasate între geamurile ferestrelor cu geamuri duble.”
Forrest și echipa sa lucrează la mai multe îmbunătățiri ale tehnologiei, următorul obiectiv fiind atingerea unei eficiențe de utilizare a luminii de 7% și extinderea duratei de viață a celulelor la aproximativ 10 ani. Ei investighează, de asemenea, aspectele economice ale instalării ferestrelor cu celule solare transparente în clădirile noi și existente.
Cercetarea este publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences, în articolul „Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics”, de Forrest, Li și colegii Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade și Maojie Zhang. Echipa include cercetători de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord, Universitatea Soochow din China și de la Laboratorul Național de Accelerare SLAC.
Acest material se bazează pe munca susținută de Biroul de Tehnologii pentru Energie Solară al Departamentului de Energie al SUA, precum și de Biroul de Cercetare Navală și Universal Display Corporation.
Forrest este, de asemenea, profesor de inginerie electrică și informatică, știința și ingineria materialelor și fizică.
.