UCL חושפת חלונות סולאריים שקופים למחצה המייצרים חשמל מאור פנימי וחיצוני

צוות המחקר הוא בינלאומי, בראשות UCL. ד"ר מוג'טאבה עבדי-ג'לבי מ-UCL אמר שהמוטיבציה הייתה לעשות שימוש טוב יותר באחד המשטחים הגדולים ביותר שלא נוצלו באדריכלות המודרנית: זכוכית. גגות כבר נושאים פאנלים סולאריים בערים רבות. שטחי החלונות העצומים של בנייני משרדים ובתים נותרו במידה רבה ללא שימוש כמשאב אנרגיה.

איך החלונות עובדים

התאים משתמשים בפרובסקיט, סוג של חומר גבישי סופג אור שמשך עניין מחקרי משמעותי בעשור האחרון. שכבת סופג הפרובסקיט היא בעובי של 185 ננומטר בלבד. זהו חומר דק בהרבה משכבות הפרובסקיט הקונבנציונליות. הצוות כיוון אותה כך שתלכוד אור בתוך הבית ביעילות מיוחדת. מידול ממוחשב עיצב את מבנה השכבה מלכתחילה.

האב טיפוס מכניס כ-30 אחוז מאור השמש. זכוכית רגילה מכניסה בדרך כלל 80 עד 90 אחוז. הצביעה החלקית היא פשרה הנדסית בין שקיפות לניצול אנרגיה.

עיצוב האלקטרודה הציב אתגר משלו. הצוות השתמש ביריעת זהב דקה שהונחה בין שתי שכבות של מוליבדן אוקסיד. תצורה זו מוליכה חשמל תוך שהיא מאפשרת לאור לעבור דרכה. שכבת מתכת קונבנציונלית הייתה חוסמת יותר מדי אור.

החוקרים הוסיפו גם מולקולה בשם 3-טריפלואורומתיל-1H-1,2,4-טריאזול למבנה התא. היא מפחיתה פגמים אלקטרוניים ומשפרת את יציבות סריג הגביש.

ביצועים בבדיקות

הצוות בדק פאנל בגודל 30 סנטימטרים על 30 סנטימטרים. תחת תאורה פנימית בהירה, המכשיר המיר 22 אחוז מהאור הנכנס לחשמל. תחת אור שמש ישיר, הוא המיר 14 אחוז. המכשיר החשוף שמר על 80 אחוז מיעילותו לאחר 300 שעות במבחן עמידות מואץ סטנדרטי.

המחבר הראשי של המחקר, סימינג הואנג, אמר כי אפקט הצביעה החלקית יכול גם להפחית את צריכת הקירור. זה מפחית את כמות החום הנכנסת לבניין. זה הופך את הטכנולוגיה לרלוונטית במיוחד באזורים חמים יותר. באקלים זה, מיזוג אוויר מהווה חלק גדול מצריכת החשמל.

יעילות ההמרה החיצונית של 14 אחוזים נמוכה מזו של פאנלים סולאריים מסיליקון מסחריים, הפועלים בדרך כלל בין 20 ל-23 אחוזים. עם זאת, הנתון הפנימי של 22 אחוזים הוא תחרותי עבור יישומים של תאורת סביבה. הטכנולוגיה היא בקנה מידה מעבדתי. מבחן העמידות של 300 שעות קצר יותר מהבטחות הביצועים הרב-עשורי הנדרשות לפריסה מסחרית.

שדה צומח

עבודתה של UCL נמצאת בתחום מתפתח במהירות במחקר סולארי. מחקרים אחרים הראו כי ניתן לכוונן תאי פרובסקיט שקופים למחצה כדי לפצות על נראות ותפוקת אנרגיה. חוקרים חקרו גם ממשקי שכבה חד-שכבתית מעורבים המורכבים מעצמם, שיטות ייצור של אוויר-סביבה ותצורות מצעים גמישות. העניין בפוטו-וולטאית שקופה גדל בהתמדה הן במסגרות אקדמיות והן במסגרות מסחריות.

שוק הפוטו-וולטאית המשולבת בבניינים עדיין מתפתח. תאי פרובסקיט מתמודדים עם שאלות מתועדות היטב בנוגע ליציבות לטווח ארוך ולנוכחות עופרת בניסוחים רבים. מכשולים רגולטוריים ומסחריים נותרו משמעותיים. צוות UCL הראה תצורה בת קיימא אחת, אם כי הדרך מהמעבדה לחזית הבניין כרוכה בצעדים רבים נוספים.

מה הלאה

החוקרים אומרים כי שאיפתם ארוכת הטווח היא לפתח סרטים סולאריים גמישים. אלה יוכלו להשתמש על זכוכית מעוקלת, כלי רכב, גגות שמש ומשטחים שקופים אחרים. זה ירחיב את הארכיטקטורה המייצרת אנרגיה הרבה מעבר לחלונות חלונות קונבנציונליים. לא צוין ציר זמן מסחרי.

עבור משקיעים וקובעי מדיניות העוקבים אחר המעבר האנרגטי, תוצאת UCL היא נקודת נתונים שכדאי לעקוב אחריה. בניינים מהווים כ-40% מצריכת האנרגיה העולמית, על פי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה. טכנולוגיות המייצרות חשמל ממשטחי בניינים קיימים יכולות להפחית את הביקוש לרשת מבלי לדרוש קרקע חדשה. אנרגיה סולארית משולבת זכוכית היא מועמד אחד בקטגוריה זו.

המחקר פורסם ב-Advanced Energy Materials. העבודה הובילה את UCL בשיתוף פעולה עם צוות בינלאומי. פרטים מלאים על המחקר, כולל מתודולוגיה ואפיון חומרים, זמינים במאמר שפורסם.