"Fotovoltaïek van gebrandschilderd glas" combineert vorm en functie

Anonim

"Gebrandschilderd glas " fotovoltaïek verbindt vorm en functie met elkaar

Elektronica

Heidi Hoopes

5 maart 2014

7 afbeeldingen

Deze kleurrijke Amerikaanse vlag is in werkelijkheid een functionele en transparante zonnecel (foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

Een prachtige glas-in-lood installatie, een kleurrijk reclamebord of rijen ramen op een kantoorgebouw ... allemaal als elektriciteit producerende zonnecellen? Nieuw onderzoek aan de Universiteit van Michigan geeft een methode voor het creëren van dergelijke transparante en kleurrijke zonnecellen met behulp van een hybride silicium / organische samenstelling en vermijdt bovendien enkele van de problemen van vorige gekleurde en transparante zonnecellen.

Veel bestaande opties voor gekleurde zonnecellen zijn afhankelijk van kleurstoffen, die licht verstrooien en de achtergrond vervagen, of plasmonische of fotonische filters, die het nadeel hebben dat een verschoven kijkhoek resulteert in ongewenste kleurveranderingen. Om een ​​gekleurde zonnecel te maken die deze problemen vermijdt en ook transparant is, hebben Jay Guo en zijn onderzoeksteam een ​​aantal belangrijke beslissingen genomen.

Ten eerste vereist transparantie een dunne halfgeleiderlaag, in het bereik van 10-20 nm, veel dunner dan gewone gedoteerde siliciumzonnecellen. Dit probleem is opgelost met behulp van een laag amorf silicium (a-Si) in plaats van kristallijn silicium. De beeldschermindustrie maakt al gebruik van a-Si en dus is er bestaande technologie om grote delen van de substantie af te zetten, zoals men zou willen voor het maken van grote zonnepaneelramen.

Ten tweede is er het probleem van het creëren van kleur. Guo's onderzoeksteam ontdekte dat door verschillende diktes van het a-Si af te zetten, ze verschillende kleuren in het resulterende paneel verkregen: 6 nm voor blauw, 11 nm dik voor groen en 31 nm voor rood, met dit zijn de kleuren die ze bestudeerden in dit experiment.

Met behulp van deze gekleurde cellen creëerde Guo 's team een ​​kleine Amerikaanse vlag die schijnbaar gewoon decoratief glas was, maar in zonlicht produceerde bijna 2 mA stroom met 2 procent efficiëntie. Pure organische zonnepanelen daarentegen krijgen over het algemeen een rendement van ongeveer 10 procent. Per definitie wordt licht in onze ogen teruggekaatst wanneer we kleur waarnemen, dus een gekleurd zonnepaneel zal niet dezelfde efficiëntie hebben als iets dat zwart is.

De onderzoekers zeggen dit als een van de nadelen van het ruilen van een nut voor schoonheid. Bovendien ziet Guo de gekleurde cellen, op grond van hun aantrekkelijkheid, aan hele zijden van gebouwen worden gebruikt in plaats van alleen op daken.

Het team heeft ook panelen gemaakt die reflecterend waren in plaats van transparant, zoals hieronder weergegeven.

Bovendien veranderden de gekleurde panelen niet van kleur bij weergave tot een hoek van 60-70 graden. Kijkend naar een hoekje aan de overkant van de straat, zie je waarschijnlijk hetzelfde effect als waarop je ze zou aankijken.

Een van de nieuwe toepassingen voorgesteld door het onderzoeksteam is een kasdak waarin groen en ultraviolet licht wordt geabsorbeerd voor omzetting in elektriciteit, terwijl de optimale rode en blauwe golflengten worden doorgegeven aan de groeiende planten.

Het onderzoek is oorspronkelijk gepubliceerd in Scientific Reports .

In de video hieronder beschrijft Guo zijn onderzoek en enkele van de verdiensten van het project.

Bron: University of Michigan

Deze kleurrijke Amerikaanse vlag is in werkelijkheid een functionele en transparante zonnecel (foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

Een gekleurde zonnecel die ook reflecterend is in plaats van transparant (foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

Een lid van het onderzoeksteam test de geleidbaarheid van een gekleurde zonnecel (foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

Alle gebieden van deze transparante Amerikaanse vlagzonnecel geleiden elektriciteit (foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

Een gekleurde zonnecel die reflecterend is in plaats van transparant (foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

Een transparante zonnecel tegen het licht van een raam (foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

Een gekleurde zonnecel die reflecterend is in plaats van transparant (foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)