Διαφανή οργανικά φωτοβολταϊκά υλικά για ηλιακά παράθυρα
Αμερικανοί επιστήμονες κατασκεύασαν φωτοβολταϊκά υλικά με δύο ανώτερα στρώματα από φθαλοκυανίνη και επταμεθίνη. Δοκίμασαν τη νέα τεχνολογία σε τέσσερις διαφορετικές κλιματικές περιοχές στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν σχεδίασαν διαφανή φωτοβολταϊκά υλικά (TOPV) για εφαρμογές ηλιακών παραθύρων σε εμπορικά κτίρια.
«Έχουμε χρησιμοποιήσει αυτούς τους τύπους υλικών στην πιλοτική παραγωγή διαφανών ηλιακών πλαισίων στο Ubiquitous Energy», δήλωσε η ερευνήτρια Annick Anctil στο περιοδικό pv . “Έχουμε εγκαταστήσει πρόσφατα αυτές τις διαφανείς ηλιακές μονάδες σε πανεπιστημιούπολη.”
Οι επιστήμονες πρότειναν δύο διαφορετικά φωτοβολταϊκά υλικά για δύο διαφορετικά είδη ηλιακού γυαλιού. Το ένα βασίζεται στην φθαλοκυανίνη (ClAlPc) , μια κατηγορία χρωστικής που χρησιμοποιείται συνήθως για βαφές αυτοκινήτων, μελάνι εκτύπωσης και χαρτί. Το άλλο αναπτύχθηκε με επταμεθίνη (CyTPFB) , η οποία είναι μια ένωση φθορισμού κοντά στο υπέρυθρο (NIRF) που πρόσφατα αναδείχθηκε ως ένας πολλά υποσχόμενος παράγοντας για τη χορήγηση φαρμάκων. Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα υλικά προσφέρουν υψηλότερη μετάδοση ορατού φωτός από τα συμβατικά ημιδιαφανή ενσωματωμένα σε κτίρια φωτοβολταϊκά στοιχεία (BIPV) και επιλεκτική απορρόφηση της εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας (NIR).
Το ClAlPc και το CyTPFB χρησιμοποιούνται ως ανώτερα στρώματα της συσκευής TOPV, η οποία αποτελείται από εναποτιθέμενα στρώματα οξειδίου του κασσιτέρου του ινδίου (ITO) και οξειδίου του μολυβδαινίου (MoO 3) και μπαθοκουπροΐνης (BCP).
«Το ITO εναποτίθεται με ψεκασμό και όλα τα άλλα στρώματα εναποτίθενται με εναπόθεση κενού εκτός από το ενεργό στρώμα CyTPFB, το οποίο εναποτίθεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία λύσης», δήλωσαν οι ερευνητές.
Προσομοίωσαν τη χρήση των προτεινόμενων υλικών στα παράθυρα πέντε εμπορικών κτιρίων σε τέσσερα διαφορετικά κλίματα στις Ηνωμένες Πολιτείες – Ντιτρόιτ, Λος Άντζελες, Φοίνιξ και Χονολουλού.
«Τα TOPV εναποτίθενται μέσα στα τζάμια των εμπορικών κτιρίων. Το μέγιστο μέγεθος παραθύρου είναι 2,1 μέτρα επί 3,7 μέτρα, με το ασημένιο πλέγμα να καλύπτει το 11% της επιφάνειας του παραθύρου», εξήγησαν οι επιστήμονες. «Το πρακτικό όριο απόδοσης μετατροπής ισχύος για το ClAlPc TOPV είναι 10 % και 11 % για το CyTPFB TOPV».
Οι ερευνητές είπαν ότι και οι δύο εκδόσεις του ηλιακού γυαλιού αναμένουν κύκλους ζωής 20 ετών. Η απόδοση στο τέλος αυτής της περιόδου θα πρέπει να είναι περίπου 60% της αρχικής απόδοσης, όπως ισχυρίζεται. Διαπίστωσαν επίσης ότι τα CyTPFB TOPV έχουν 26,1% υψηλότερο αντίκτυπο στον κύκλο ζωής από τα ClAlPc TOPV, λόγω της υψηλότερης ενεργειακής ζήτησης των διαδικασιών σύνθεσης και εναπόθεσης διαλύματος.
«Για τα περισσότερα κτίρια, τα CyTPFB TOPV έχουν υψηλότερα ενεργειακά οφέλη λόγω της υψηλότερης απόδοσης μετατροπής ισχύος, αλλά για τα νοσοκομεία, τα ClAlPc TOPV αποδίδουν καλύτερα λόγω των φασματικών ιδιοτήτων τους», εξήγησαν οι επιστήμονες.
« Τα μελλοντικά σχέδια TOPV μπορούν να βελτιστοποιηθούν και να προσαρμοστούν στο κτίριο τόσο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας όσο και για την εξοικονόμηση ενέργειας του κτιρίου αλλάζοντας είτε το ενεργό στρώμα είτε χρησιμοποιώντας υλικά χαμηλής εκπομπής για τα ηλεκτρόδια», κατέληξαν.
