Glas med omskiftelig opacitet kan forbedre solceller og lysdioder

Brug af græslignende strukturer i nanoskala, forskere ved University of Pittsburgh, Pennsylvania har skabt glas, der slipper igennem en stor mængde lys, mens det fremstår diset. Det er første gang, at der er lavet glas med så høje niveauer af dis og lysoverførsel på samme tid, en kombination af egenskaber, der kan hjælpe med at øge solceller og lysdioder.

Glasset udviser en anden bemærkelsesværdig kvalitet:Det kan skiftes fra diset til klart ved at påføre vand. Dette kan gøre det nyttigt til at oprette smarte vinduer, der ændrer uklarhed eller uigennemsigtighed for at kontrollere privatlivet i et værelse eller blokere blænding fra sollys.

"Omskifteligt glas, der er tilgængeligt i dag, er ret dyrt, fordi det bruger transparente ledende lag til at påføre en spænding over hele glasset, "sagde Paul W. Leu fra University of Pittsburghs Swanson School of Engineering, leder af forskergruppen. "Vores glas ville være potentielt billigere at lave, fordi dets uigennemsigtighed kan skiftes på få sekunder ved blot at påføre eller fjerne væske."

I Optica , The Optical Society's journal for high impact research, forskerne beskriver deres nye nanogræsbaserede glas, som opnår en rekord på 95 procent lystransmission og en tilsvarende høj grad af uklarhed på samme tid. Forskerne eksperimenterede med glas ætset med nanogræsstrukturer fra 0,8 til 8,5 mikron i højden med "klinger", der hver måler et par hundrede nanometer i diameter.

Opdagelsen af ​​omskiftelighed var en af ​​serendipitet. "Jeg rengjorde det nye nanogræsglas, da jeg opdagede, at rengøring med vand gjorde glasset klart, sagde projektleder, kandidatstuderende Sajad Haghanifar. Mens opdagelsen var tilfældig, det kan nemt forklares. "Vandet går mellem de ekstremt hydrofile nanostrukturer, at få nanogræssglasset til at fungere som et fladt underlag. Fordi vand har et meget lignende brydningsindeks som glasset, lyset går lige igennem det. Når vandet fjernes, lyset rammer de spredte nanostrukturer, får glasset til at virke uklart. "

Brug af nanogræs til at forbedre solceller

Leus gruppe udviklede det nye glas for at forbedre solcellernes evne til at fange lys og gøre det til strøm. Nanostrukturmønstre kan forhindre lys i at reflektere fra solcellens overflade. Disse strukturer spreder også det lys, der kommer ind i glasset, hjælper mere af lyset med at nå halvledermaterialet i solcellen, hvor det omdannes til magt.

Det nye glas bruger et unikt mønster af nanostrukturer, der ligner græs. Fordi strukturerne er højere end tidligere anvendte nanostrukturer, de øger sandsynligheden for, at lys vil blive spredt. Selvom glas med nanostrukturer virker uigennemsigtigt, test viste, at det meste af det spredte lys kommer igennem glasset.

Det faktum, at glasset er meget diset og udviser høj transmittans, kan også gøre det nyttigt for lysdioder, som fungerer på en måde, der i det væsentlige er det modsatte af en solcelle, ved at bruge elektricitet, der kommer ind i en halvleder til at producere lys, der derefter udsendes fra enheden. Det nye glas kan potentielt øge mængden af ​​lys, der kommer fra halvlederen til omgivelserne.

At finde den rigtige 'græs' højde

Forskerne fandt ud af, at kortere nanogræs forbedrede glassets antirefleksegenskaber, mens længere nanogræs havde en tendens til at øge uklarheden. Glas med 4,5 mikron højt nanogræs viste en flot balance på 95,6 procent transmittans og 96,2 procent dis for lys med en bølgelængde på 550 nanometer (gult lys, en komponent af sollys).

Selvom der er behov for mere arbejde for at estimere de nøjagtige omkostninger ved fremstilling af det nye glas, forskerne forudser, at deres glas vil være billigt, fordi det er let at lave. Nanostrukturer ætses ind i glasset ved hjælp af en proces kendt som reaktiv ionetsning, en skalerbar og ligetil metode, der almindeligvis bruges til at lave printkort.

For at gøre glasset til et smart vindue, der skifter fra diset til klart, det ville kræve at placere et stykke traditionelt glas over nanogræssglasset. Pumper kunne bruges til at strømme væske ind i rummet mellem de to glas, og en ventilator eller pumpe kan bruges til at fjerne vandet. Forskerne viste også, at ud over vand, påføring af acetone og toluen kan også skifte glasset fra diset til klart.

"Vi udfører nu holdbarhedstest på det nye nanogræsglas og evaluerer dets selvrensende egenskaber, "sagde Haghanifar." Selvrensende glas er meget nyttigt, fordi det forhindrer behovet for robot eller manuel fjernelse af støv og snavs, der ville reducere effektiviteten af ​​solpaneler, uanset om panelerne er på dit hus eller på en Mars-rover."