"Stained glass" fotovoltaics säkring form och funktion

Anonim

"Stained Glass " fotovoltaics säkring form och funktion

Elektronik

Heidi Hoopes

5 mars 2014

7 bilder

Denna färgglada amerikanska flaggan är i verkligheten en funktionell och genomskinlig solcell (Foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

En vacker glasmixinstallation, en färgstark skylt eller rader av fönster på en kontorsbyggnad ... alla som elproducerande solceller? Ny forskning vid University of Michigan ger en metod för att skapa sådana genomskinliga och färgstarka solceller med en hybridkisel / organisk komposition, och undviker dessutom några av problemen med tidigare färgade och transparenta solceller.

Många existerande alternativ för färgade solceller beror på färgämnen, som sprider ljus och suddar bakgrunden, eller plasmoniska eller fotoniska filter, som har nackdelen där en skiftad betraktningsvinkel ger upphov till oönskade färgförändringar. För att skapa en färgad solcell som undviker dessa problem och också är transparent, gjorde Jay Guo och hans forskargrupp några viktiga beslut.

För det första kräver genomskinlighet ett tunt halvledarskikt, i intervallet 10-20 nm, mycket tunnare än vanliga dopade kisel-solceller. Detta problem löses med användning av ett skikt av amorft kisel (a-Si) snarare än kristallint kisel. Flatskärmsindustrin använder redan a-Si och därmed finns det existerande teknik för att deponera stora skivor av ämnet, som man kanske vill ha för att skapa stora solpanelfönster.

För det andra är problemet med att skapa färg. Guos forskargrupp identifierade att genom att deponera olika tjocklekar av a-Si fick de olika färger i den resulterande panelen: 6 nm för blått, 11 nm tjockt för grönt och 31 nm för rött, med dessa är de färger de studerade i detta experiment.

Genom att använda dessa färgade celler skapade Guos lag en liten amerikansk flagga som tydligen bara är dekorativt glas, men under solstråle producerades nästan 2 mA ström med 2 procent effektivitet. Däremot erhåller rena organiska solpaneler i allmänhet cirka 10 procent effektivitet. Enligt definition reflekteras ljuset tillbaka i våra ögon när vi uppfattar färg, så en färgad solpanel kommer inte ha samma effektivitet som något som är svart.

Forskarna säger detta som en av kompromisserna med att byta nytta för skönhet. Dessutom anser Guo att de färgade cellerna, enligt fördelarna med deras överklagande, används på hela sidorna av byggnader snarare än bara på tak.

Teamet skapade också paneler som var reflekterande, snarare än genomskinliga, som visas nedan.

Dessutom ändrade de färgade panelerna inte färgerna när de visades upp till en vinkel på 60-70 grader. Stjäpar på ett katthörn över gatan, du kommer sannolikt att se samma effekt som du skulle titta på dem på huvudet.

En av de nya ansökningarna som föreslagits av forskargruppen är ett växthustak där grönt och ultraviolett ljus absorberas för omvandling till el, samtidigt som de passerar de optimala röda och blåa våglängderna nedan för växande växter.

Forskningen publicerades ursprungligen i Scientific Reports .

I videon nedan beskriver Guo sin forskning och några av projektets egenskaper.

Källa: University of Michigan

Denna färgglada amerikanska flaggan är i verkligheten en funktionell och genomskinlig solcell (Foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

En färgad solcell som också är reflekterande, snarare än genomskinlig (Foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

En medlem av forskargruppen tester konduktiviteten hos en färgad solcell (Foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

Alla delar av detta transparenta amerikanska flaggets solceller leder elektricitet (Foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

En färgad solcell som är reflekterande, snarare än transparent (Foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

En genomskinlig solcell hålls upp till ljuset på ett fönster (Foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)

En färgad solcell som är reflekterande, snarare än transparent (Foto: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)