Czy okna mogą produkować prąd? Półprzezroczyste ogniwa słoneczne

• Chińscy naukowcy rozwijają półprzezroczyste ogniwa słoneczne z wykorzystaniem srebrnych nanodrutów i podwójnej warstwy transportującej elektrony.
• Technologia osiąga sprawność 12,5% i wysoką efektywnością przy oświetleniu z obu stron.
• Jest to krok na drodze do zintegrowania PV z budynkami, łączącego funkcjonalność i estetykę budynków.

Przezroczyste ogniwa słoneczne mogą pozwolić na takie wykorzystanie fotowoltaiki, które dzisiaj zdarza się jeszcze rzadko. Chociaż panele PV na dachach i fasadach budynku albo wolnostojące farmy fotowoltaiczne już nikogo nie dziwią, to integracja technologii słonecznej w budynek nie jest jeszcze powszechna. Można czasem dostrzec niewielkie ogniwa fotowoltaiczne wbudowane w okna budynków. Mają formę czarnych prostokątów rozłożonych równomiernie na szybie. Czy można pójść krok dalej i skonstruować przezroczyste ogniwa słoneczne?

Nanotechnologia

Dzisiejszy stan wiedzy pozwala na wytworzenie ogniw słonecznych, które generują energię elektryczną przy zachowaniu pewnego stopnia przezroczystości. 

Chińscy naukowcy udoskonalili technologię wytwarzania półprzezroczystych ogniw słonecznych z użyciem srebrnych nanodrutów, w których wykonuje się górną elektrodę. Ogniwo składa się dodatkowo z podwójnej warstwy transportu elektronów (składającej się między innymi z nanocząstek tlenku cynku) oraz katody. 

Wykorzystanie srebrnych nanodrutów było już znaną metodą na wykonanie półprzezroczystych ogniw PV. Chińscy naukowcy posunęli technologię naprzód przez opracowanie nowej, podwójnej warstwy transportującej elektrony, dzięki której pokonane zostały pewne przeszkody techniczne i poprawiły się parametry ogniwa. 

Lepsze wyniki

Sprawność ogniwa, jaką osiągnęli naukowcy to 12,5%. Średnia przepuszczalność światła widzialnego to w przypadku opracowanej technologii 22.9%. Opisywane ogniwa mają też najwyższy dotąd współczynnik bifacjalności, osiągający 99,1%. Oznacza to, że produkują prąd z bardzo podobną efektywnością niezależnie od tego, z której strony pada na nie światło. 

Innymi słowy, współczynnik bifacjalności jest miarą tego, jak skutecznie dwustronne ogniwo słoneczne lub moduł może generować energię elektryczną ze światła padającego zarówno na przednią, jak i tylną powierzchnię. Współczynnik ten określa ilościowo stosunek mocy elektrycznej generowanej przez tylną powierzchnię do mocy elektrycznej generowanej przez powierzchnię przednią w standardowych warunkach badania.

Półprzezroczyste organiczne ogniwa słoneczne

Półprzezroczyste organiczne ogniwa słoneczne (ST-OSC, ang. semitransparent organic solar cells), do których zalicza się technologia dopracowana przez chińskich badaczy, to urządzenia fotowoltaiczne, które wykorzystują materiały organiczne (jak polimery lub nanocząsteczki) do pochłaniania światła słonecznego i przekształcania go w energię elektryczną. Mogą przepuszczać część światła widzialnego, dzięki czemu idealnie nadają się do integracji z oknami i innymi powierzchniami, w których pożądane jest zarówno wytwarzanie energii, jak i przepuszczalność światła. 

Dalszy rozwój technologii wytwarzania energii elektrycznej z użyciem półprzezroczystych materiałów może pozwolić na wykorzystanie nowych metod integracji PV z budynkiem. Można będzie wykorzystać na przykład powierzchnię okien do generacji prądu z energii słonecznej, bez znacznej szkody na ich funkcjonalności. 

Źródło: pv-magazine, Xiangda Liu i in., A semitransparent organic solar cell with a bifacial factor of 99.1%, Materials Today Energy, 2024, 101614, ISSN 2468-6069, https://doi.org/10.1016/j.mtener.2024.101614.

Reklamy