Forskere skaber meget gennemsigtige solceller til vinduer, der genererer elektricitet

(Phys.org) -- UCLA-forskere har udviklet en ny gennemsigtig solcelle, der er et fremskridt i retning af at give vinduer i boliger og andre bygninger muligheden for at generere elektricitet, mens de stadig tillader folk at se udenfor. Deres undersøgelse vises i tidsskriftet ACS Nano .

UCLA-teamet beskriver en ny slags polymersolcelle (PSC), der producerer energi ved at absorbere hovedsagelig infrarødt lys, ikke synligt lys, gør cellerne næsten 70 % gennemsigtige for det menneskelige øje. De lavede enheden af ​​en fotoaktiv plastik, der omdanner infrarødt lys til en elektrisk strøm.

"Disse resultater åbner potentialet for synligt gennemsigtige polymersolceller som tilføjelseskomponenter til bærbar elektronik, smarte vinduer og bygningsintegrerede solceller og i andre applikationer, " sagde studieleder Yang Yang, en UCLA professor i materialevidenskab og teknik, som også er direktør for Nano Renewable Energy Center ved California NanoSystems Institute (CNSI).

Yang tilføjede, at der har været intens verdensomspændende interesse for såkaldte polymersolceller. "Vores nye PSC'er er lavet af plastiklignende materialer og er lette og fleksible, sagde han. Endnu vigtigere, de kan produceres i høj volumen til lave omkostninger."

Polymersolceller har tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af deres fordele i forhold til konkurrerende solcelleteknologier. Forskere har også intenst undersøgt PSC'er for deres potentiale i at gøre unikke fremskridt til bredere anvendelser. Adskillige sådanne applikationer ville blive muliggjort af højtydende, synligt gennemsigtige fotovoltaiske (PV) enheder, herunder bygningsintegreret solcelleanlæg og integrerede PV-opladere til bærbar elektronik.

Tidligere, der er gjort mange forsøg på at demonstrere synligt gennemsigtige eller semitransparente PSC'er. Imidlertid, disse demonstrationer resulterer ofte i lav synlig lysgennemsigtighed og/eller lav enhedseffektivitet, fordi egnede polymere PV-materialer og effektive gennemsigtige ledere ikke var veludviklet i enhedsdesign og -fabrikation.

Et team af UCLA-forskere fra California NanoSystems Institute, UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science og UCLA's Department of Chemistry and Biochemistry har demonstreret høj ydeevne, løsningsbehandlet, synligt transparente polymersolceller gennem inkorporering af nær-infrarød lysfølsom polymer og brug af sølv nanotrådskompositfilm som den øverste transparente elektrode. Den nær-infrarøde fotoaktive polymer absorberer mere nær-infrarødt lys, men er mindre følsom over for synligt lys, balancering af solcellers ydeevne og gennemsigtighed i det synlige bølgelængdeområde.

Et andet gennembrud er den gennemsigtige leder lavet af en blanding af sølv nanotråd og titaniumdioxid nanopartikler, som var i stand til at erstatte den uigennemsigtige metalelektrode, der blev brugt tidligere. Denne kompositelektrode gør det også muligt at fremstille solcellerne økonomisk ved opløsningsbehandling. Med denne kombination, 4 % effektkonverteringseffektivitet for opløsningsforarbejdede og synligt transparente polymersolceller er opnået.

"Vi er begejstrede for denne nye opfindelse om gennemsigtige solceller, som anvendte vores seneste fremskridt inden for gennemsigtige ledningsvinduer (også udgivet i ACS Nano ) for at fremstille disse enheder, " sagde Paul S. Weiss, CNSI-direktør og Fred Kavli-formand i NanoSystems Sciences.