Достигли рекордной эффективности в 8% прозрачные солнечные панели для окон

На шаг ближе к небоскребам, которые служат источниками энергии, группа исследователей из Мичиганского университета установила новый рекорд эффективности для прозрачных солнечных элементов. Команда достигла эффективности в 8,1% и прозрачности в 43,3% с помощью органического или углеродного дизайна, а не обычного кремния. Хотя клетки имеют легкий зеленый оттенок, они больше отдают серым цветом, как у солнцезащитных очков и автомобильных окон.

Как работают прозрачные солнечные панели

«Окна, которые находятся на фасаде каждого здания, являются идеальным местом для органических солнечных элементов, потому что они предлагают то, чего не может кремний, а именно сочетание очень высокой эффективности и уровня прозрачности», - сказал Стивен Форрест, специалист компании Peter, выдающийся профессор инженерного дела Университета А. Франкена и профессор инженерного дела Пола Г. Гебеля, которые руководили исследованием.

Здания со стеклянными фасадами обычно имеют покрытие, которое отражает и поглощает часть света как в видимой, так и в инфракрасной частях спектра, чтобы уменьшить яркость и нагрев внутри здания. Вместо того, чтобы выбрасывать эту энергию, прозрачные солнечные панели могли бы использовать ее для удовлетворения потребностей здания в электроэнергии. Прозрачность некоторых существующих окон подобна прозрачности солнечных элементов, о которых сообщает группа Форреста в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Улучшение эффективности панелей

«Новый материал, который мы разработали, и структура устройства, которое мы создали, должны были сбалансировать несколько компромиссов, чтобы обеспечить хорошее поглощение солнечного света, высокое напряжение, низкое сопротивление и почти полную прозрачность», - сказал Юнси Ли, младший научный сотрудник в области электротехники и информатики.

Новый материал представляет собой комбинацию органических молекул, спроектированных так, чтобы быть прозрачными в видимом и поглощать свет в ближнем инфракрасном диапазоне - невидимой части спектра, на которую приходится большая часть энергии солнечного света. Кроме того, исследователи разработали оптические покрытия для увеличения мощности, генерируемой инфракрасным светом, и прозрачности в видимом диапазоне - два качества, которые обычно конкурируют друг с другом.

Из чего состоит новая панель

В нейтральной по цвету версии прибора использовался электрод из оксида индия и олова. Серебряный электрод повысил эффективность до 10,8% при прозрачности 45,8%. Однако слегка зеленоватый оттенок этой версии может быть неприемлем в некоторых оконных приложениях.

Прозрачные солнечные элементы измеряются их эффективностью использования света, которая описывает, сколько энергии от света, попадающего в окно, доступно либо в виде электричества, либо в виде проходящего света на внутренней стороне. Предыдущие прозрачные солнечные элементы имели эффективность использования света примерно в 2-3%, но элемент из оксида индия и олова рассчитан на 3,5%, а серебряная версия имеет эффективность использования света в 5%. Обе версии могут производиться в больших масштабах с использованием материалов, которые менее токсичны, чем другие прозрачные солнечные элементы.

Прозрачные органические солнечные элементы также можно адаптировать к местным широтам, используя тот факт, что они наиболее эффективны, когда солнечные лучи падают на них под перпендикулярным углом. Их можно размещать между стеклами стеклопакетов. Форрест и его команда работают над несколькими усовершенствованиями этой технологии , а следующей целью является достижение более высокой эффективности использования света и продление срока службы элемента примерно до 10 лет. Они также изучают экономику установки прозрачных солнечных элементов в новых и существующих зданиях.