Экологически безопасные строительные тенденции повысили популярность оконных покрытий, которые снижают затраты на отопление и охлаждение, блокируя ненужные части солнечного света. Они также вдохновили ученых и инженеров на создание тонких, прозрачных солнечных элементов, чтобы превратить окна в миниатюрные генераторы электроэнергии. Исследователи в Китае пошли еще дальше и объединили эти две функции в одном совместимом с окнами материале, который может удвоить энергоэффективность среднего дома. Их работа появится 3 июля в журнале Joule..
«Встроенные в здания фотоэлектрические элементы - отличный пример рынка, где кремниевые фотоэлектрические элементы, несмотря на их дешевизну и производительность, не являются наиболее подходящими из-за их унылого внешнего вида и тяжести», - говорит старший автор Хин-Лап Йип, профессор материаловедения и инженерии Южно-Китайского технологического университета. «Вместо этого мы можем превратить органические фотоэлектрические элементы в полупрозрачные, легкие и цветные пленки, которые идеально подходят для превращения окон в генераторы электроэнергии и теплоизоляторы».
Чтобы создать прототип, способный одновременно вырабатывать электричество и предотвращать чрезмерный нагрев, исследователи, которых также возглавлял Фей Хуан, также профессор материаловедения Южно-Китайского технологического университета, должны были выполнить трехстороннее балансирование. между сбором света для выработки электроэнергии, блокировкой его для теплоизоляции и передачей, как это обычно делает окно. Смешивая и подбирая материалы и химические соединения, ранее предложенные для этих различных целей, они собрали устройство, которое пропускало знакомые видимые части солнечного света, отражало инфракрасный свет (главный виновник нагрева) и преобразовывало ближний инфракрасный диапазон. между ними в электрический ток.
Предварительные расчеты показывают, что теоретически установка окон, обладающих двойными электроизоляционными и теплоизоляционными свойствами, может снизить зависимость среднестатистического домохозяйства от внешних источников электроэнергии более чем на 50%. Хотя эта оценка предполагает, что каждый квадратный дюйм каждого окна будет покрыт многофункциональными солнечными элементами, для этого требуется лишь небольшое повышение производительности преобразования энергии по сравнению с цифрой 6,5%, полученной Ипом, Хуаном и их коллегами. «Для этой демонстрации мы даже не используем лучшие органические фотоэлектрические элементы, которые существуют в этой области. Их эффективность быстро улучшается, и мы рассчитываем, что сможем постоянно улучшать характеристики этой унифицированной оконной пленки на солнечных элементах», - говорит Ип.
Эти двойные функциональные материалы все еще находятся в зачаточном состоянии, но авторы ожидают, что они проложат путь к новым полезным технологиям. «Изготовление теплоизолирующих многофункциональных полупрозрачных полимерных солнечных элементов - это только начало изучения новых применений органических фотоэлектрических элементов», - говорит Йип. «Версия, предназначенная для теплиц с автономным питанием, - это лишь один из многих эффективных продуктов, которые мы хотим разработать для будущего».