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新纪录!密歇根大学打造无色透明太阳能电池:转换效率达8.1%,透光率43.3%

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  由密歇根大学(University of Michigan)研究人员领导的一个研究小组创造了无色透明太阳能电池的能效新纪录,从而向摩天大楼提供能源的做法又迈进了一步。

  该团队使用有机的或碳基的设计,而不是传统的硅材料,实现了8.1%的转换效率和43.3%的透光率。虽然电池有轻微的绿色,但它们更像太阳镜和汽车窗户的灰色。

  

  这项研究的主要领导者、Peter A. Franken杰出大学工程教授和Stephen Forrest表示,“每栋建筑的表面都有窗户,是安装有机太阳能电池的理想位置。有机太阳能电池提供了硅无法提供的东西,这是超高效转化和高透光率的结合。”

  带有玻璃外墙的建筑通常有一层涂层,可以反射和吸收光谱中可见光和红外部分的部分光线,以降低亮度和建筑内部的热量。透明的太阳能电池板可以利用这些能源来减少建筑的电力需求,而不是将其浪费掉。Paul G. Goebel工程教授斯蒂芬·福勒斯特(Stephen Forrest)的研究小组在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上报告说,一些现有窗户的透明度与这种太阳能电池类似。该研究题为“Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics”。

  “我们开发的新材料和我们制造的设备结构,必须在多种权衡中取得平衡,以同时提供良好的阳光吸收、高电压、大电流、低电阻和色中性透明度。”密歇根大学电气工程和计算机科学助理研究科学家Yongxi Li说。

  这种新材料是有机分子的组合,被设计成在可见光中透明,在近红外中吸收能量。近红外是光谱中不可见的部分,占阳光能量的很大一部分。此外,研究人员开发了光学涂层,以提高红外光产生的功率和可见范围内的透明度——这两种特性通常是相互抵消的。

  该设备的色中性版本是由氧化铟锡电极制成的。结果显示,若使用银电极,可将转换效率提高到10.8%,透明度提高到45.8%。但是,在某些场景的玻璃窗方案中,该版本的略带绿色的色调可能会不被接受的。

  透明太阳能电池是通过光能利用效率来测量的,光能利用效率描述了照射到窗户上的光中有多少能以电能或透射光的形式在窗户内部被利用。以前的透明太阳能电池光能利用效率仅为2-3%,而氧化铟锡电池的光能利用效率可达到3.5%,银版的光能利用效率则可以达到5%。

  这两个版本都可以大规模生产,使用的材料比其他透明太阳能电池的毒性更小。透明的有机太阳能电池也可以根据当地的纬度定制,因为当太阳光线以一个垂直的角度照射它们时,它们的效率最高。它们可以放置在双层玻璃窗之间。

  Forrest和他的团队正在对该技术进行多项改进,下一个目标是达到7%的光利用率,并将电池寿命延长到10年左右。他们还在研究在新建和现有建筑上安装透明太阳能电池窗户的经济效益。

  原文来源:https://scitechdaily.com/transparent-solar-panels-for-windows-hit-new-efficiency-record-could-help-enable-skyscrapers-to-serve-as-power-sources/

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