Το ηλιακό στοιχείο που χρησιμοποιείται στο ηλεκτρικό παράθυρο έχει διάρκεια ζωής 30 χρόνια

Η ηλιακή ενέργεια είναι η φθηνότερη μορφή ενέργειας που παράγεται από την ανθρωπότητα από τη Βιομηχανική Επανάσταση. Χρησιμοποιώντας αυτές τις συσκευές στα παράθυρα, το κτήριο σας μετατρέπεται σε εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας.

Αν και το πυρίτιο εξακολουθεί να είναι ο βασιλιάς της απόδοσης των ηλιακών πάνελ, δεν είναι διαφανές. Για φιλικά προς τα παράθυρα ηλιακά πάνελ, οι ερευνητές έχουν εξερευνήσει οργανικά υλικά ή υλικά με βάση τον άνθρακα. Η πρόκληση που αντιμετωπίζει η ομάδα της Forrest είναι πώς να αποτρέψει την ταχεία υποβάθμιση των πολύ αποτελεσματικών οργανικών υλικών μετατροπής φωτός κατά τη χρήση.

Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών των υλικών βρίσκονται στα μόρια που μεταφέρουν τα φωτοπαραγόμενα ηλεκτρόνια στα ηλεκτρόδια, τα σημεία εισόδου των κυκλωμάτων που χρησιμοποιούν ή αποθηκεύουν την ηλιακή ενέργεια. Αυτά τα υλικά αναφέρονται συχνά ως"non-fullerene receptors" για να διακρίνονται από τους πιο εύρωστους αλλά λιγότερο αποτελεσματικούς"υποδοχείς φουλερενίου" κατασκευασμένο από πλέγμα άνθρακα νανοκλίμακας. Οι ηλιακές κυψέλες κατασκευασμένες από δέκτες μη φουλλερενίου με πρόσμιξη θείου μπορούν να επιτύχουν απόδοση 18% ισοδύναμη με το πυρίτιο, αλλά η διάρκεια ζωής τους δεν είναι μεγάλη.

& quot;Οι υποδοχείς μη φουλλερενίου έχουν πολύ υψηλή απόδοση, αλλά περιέχουν ασθενείς δεσμούς που διαχωρίζονται εύκολα κάτω από φωτόνια υψηλής ενέργειας, ειδικά υπεριώδη [υπεριώδη] φωτόνια που είναι κοινά στο ηλιακό φως," Ο βοηθός ερευνητής επιστήμονας στην Ηλεκτρολογία και την Επιστήμη Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, δήλωσε ο Λι Γιονγκσί. Συγγραφέας της εργασίας Nature Communications.

Μελετώντας την υποβαθμισμένη φύση αυτών των απροστάτευτων ηλιακών κυψελών, η ομάδα συνειδητοποίησε ότι χρειάζονται υποστήριξη μόνο σε λίγα σημεία. Πρώτον, πρέπει να μπλοκάρουν τις υπεριώδεις ακτίνες. Για το σκοπό αυτό, πρόσθεσαν ένα στρώμα οξειδίου του ψευδαργύρου, ένα κοινό συστατικό αντηλιακού, στην πλευρά του ποτηριού που βλέπει προς τον ήλιο.

Το λεπτότερο στρώμα οξειδίου του ψευδαργύρου κοντά στην περιοχή που απορροφά το φως βοηθά στη μεταφορά ηλεκτρονίων που παράγονται από τον ήλιο στο ηλεκτρόδιο. Δυστυχώς, κατέστρεψε επίσης τον εύθραυστο απορροφητή φωτός, έτσι η ομάδα πρόσθεσε ένα στρώμα υλικού με βάση τον άνθρακα που ονομάζεται IC-SAM ως buffer.

Επιπλέον, τα ηλεκτρόδια που τραβούν θετικά φορτισμένα"οπές" (ουσιαστικά ο χώρος που εκκενώνεται από τα ηλεκτρόνια) στο κύκλωμα μπορεί επίσης να αντιδράσει με απορροφητές φωτός. Για να προστατεύσουν αυτή την πλευρά, πρόσθεσαν ένα άλλο στρώμα buffer, το οποίο είναι ένα φουλερένιο σε σχήμα μπάλας.

Στη συνέχεια, η ομάδα δοκίμασε τις νέες της άμυνες κάτω από προσομοιωμένο ηλιακό φως ποικίλης έντασης, από το τυπικό φως του 1 ήλιου έως τους 27 ήλιους και θερμοκρασίες έως και 150 βαθμούς Φαρενάιτ. Μελετώντας πώς μειώνεται η απόδοση κάτω από αυτές τις συνθήκες, η ομάδα συμπέρανε ότι τα ηλιακά κύτταρα μπορούν ακόμα να λειτουργούν με απόδοση 80% μετά από 30 χρόνια.

Η Forrest βλέπει το μέλλον αυτών των συσκευών"έρχονται σε ένα παράθυρο κοντά σας." Η ομάδα του έχει αυξήσει τη διαφάνεια της ενότητας στο 40%. Πιστεύουν ότι μπορούν να προσεγγίσουν το 60% της διαφάνειας.

Εργάζονται επίσης για να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα από το 10% που επιτυγχάνεται στην ημιδιαφανή ενότητα της έκθεσης στο 15% που πιστεύεται ότι είναι δυνατό με υψηλή διαφάνεια. Δεδομένου ότι το υλικό μπορεί να γίνει υγρό, το κόστος κατασκευής αναμένεται να είναι σχετικά χαμηλό.