Слънчеви клетки превръщат сградите в електроцентрали

Ново изследване обещава появата на прозорци, които са ефективни източници на енергия
(снимка: CC0 Public Domain)

Слънчевата енергия е най-евтината, която човечеството познава след индустриалната революция, казва проф. Стивън Форест от Университета Мичитган. Той ръководи изследване за нови, прозрачни слънчеви клетки, които съчетават висока ефективност с 30-годишен експлоатационен живот.

Изследването обещава появата на прозорци, които осигуряват слънчева енергия. „С тези устройства, използвани на прозорците, сградата се превръща в електроцентрала”, споделя професорът.

Силицият безспорно остава цар на ефективността при слънчевите панели, но той не е прозрачен, отбелязва GreenTech.bg. За да има прозрачни слънчеви панели, които могат да се положат върху стъклата, изследователите експериментират с органични материали или материали на базата на въглерод.

Предизвикателството за екипа на Форест обаче е било как да предотврати бързото разграждане на ефективни органични светлинно-конвертиращи материали по време на употреба. Силата и слабостта на тези материали се крият в молекулите, които пренасят фотогенерираните електрони към електродите – входните точки към веригата, която или използва, или съхранява слънчевата енергия.

Тези материали са общоизвестни като „не-фулеренови акцептори”. Те се различават от по-здравите, но по-малко ефективни „фулеренови акцептори”, направени от въглеродна мрежа в нано-мащаб. Слънчевите клетки, направени с не-фулеренови акцептори, които включват сяра, могат да постигнат съпоставима със силиция ефективност от 18%. Но пък не са трайни.

Сега екипът от учени е намерил начин да промени това. В своите експерименти изследователите показват, че без да се защитава материалът, преобразуващ слънчевата светлина, ефективността спада до по-малко от 40% от първоначалната си стойност в рамките на 12 седмици при еквивалента на традиционна слънчева светлина.

„Не-фулереновите акцептори осигуряват много висока ефективност, но съдържат слаби връзки, които лесно се дисоциират при фотони с висока енергия, особено UV [ултравиолетовите] фотони, често срещани при слънчевата светлина”, казва Йонгси Ли, главен асистент по електротехника и компютърни науки и съавтор на изследването.

За справяне с проблема учените добавили слой от цинков оксид – обичайна слънцезащитна съставка – от страната на стъклото, обърната към слънцето. Заедно с това екипът добавил и слой от материал на базата на въглерод, наречен IC-SAM, като буфер. Последвали още някои подобрения.

В крайна сметка екипът тествал новите слънчеви клетки при различна интензивност на симулирана слънчева светлина, от типичното „1 слънце” до светлината на „27 слънца” и доста високи температури. Изследвайки как се влошава производителността при тези условия, екипът установил, че слънчевите клетки ще продължат да работят с 80% ефективност дори след 30 години.

Сега учените работят по подобряване на прозрачността. Екипът вече е постигнал прозрачност от 40%. Изследователите вярват, че могат да достигнат 60% прозрачност.

Наред с това учените смятат, че има потенциал за увеличаване на ефективността от 10%, постигнати при докладваните модули, до близо 15%, за които се смята, че са възможни дори при висока прозрачност.

Тъй като се очаква материалите да се нанасяни като течности, подобно на боя, се очаква производствените разходи да бъдат относително ниски.