中性色透明太陽能電池能效創(chuàng)新高，摩天大樓電力實現(xiàn)部分自給自足

據(jù)報道，密歇根大學（University of Michigan）研究人員領導的一個研究團隊近期創(chuàng)造了中性色透明太陽能電池的能效新紀錄，使得摩天大樓的幕墻化身成為自身能源來源的想法又向現(xiàn)實邁進了一步。

據(jù)悉，該團隊采用的是有機或碳基設計，而不是傳統(tǒng)的硅材料，實現(xiàn)了8.1%的轉換效率和43.3%的透光率。雖然該電池會呈現(xiàn)輕微的綠色，但它們更像太陽鏡和汽車窗戶的灰色。

這項研究的主要領導者、Peter A. Franken杰出大學工程教授和Paul G. Goebel工程教授Stephen Forrest表示，“每棟建筑的表面都有窗戶，是有機太陽能電池的理想位置。有機太陽能電池提供了硅無法提供的東西，這是超高效轉化和高透光率的結合?！?/p>

建筑物的玻璃幕墻通常都有一層涂層，可以反射和吸收光譜中光區(qū)和近紅外區(qū)的部分光線，以降低亮度和建筑內部的熱量。透明的太陽能電池板可以利用這些能源來減少建筑內的電力需求，而不將其浪費掉。Forrest的研究小組在美國國家科學院（National Academy of Sciences）院刊上刊登報告說，一些現(xiàn)有窗戶的透明度與這種太陽能電池類似。

“我們開發(fā)的新材料以及我們制造的設備結構，必須權衡多方面因素，才能同時提供良好的陽光吸收、高電壓、大電流、低電阻和中性色透明性，”電氣工程和計算機科學助理研究科學家Yongxi Li說。

這種新材料是有機分子的組合，被設計成在可見光中透明，在近紅外區(qū)中吸收能量。近紅外區(qū)是光譜中不可見的部分，占陽光能量的很大一部分。此外，研究人員還開發(fā)了光學涂層，以提高紅外光產生的能量和可見光范圍內的透明度，而這兩種性能通常是相悖的。

該設備的中性色版本是用氧化銦錫電極制成的。若使用銀電極，可將轉換效率提高到10.8%，透明度提高到45.8%。不過，該版本中略帶綠色的基調在某些應用場景中可能是不被接受的。

從前，該類電池的光能利用率僅為約2-3%，但氧化銦錫電池的光能利用率為3.5%，而銀版光能利用效率可以達到5%。光能利用率指的是，照射到窗戶上的光中有多少能以電能或透射光的形式在窗戶內部被利用。

這兩個版本都可以大規(guī)模生產，使用的材料比其他透明太陽能電池的毒性更小。透明的有機太陽能電池還可以根據(jù)當?shù)氐木暥榷ㄖ?，因為當太陽光線以一個垂直的角度照射它們時，它們的效率最高。該電池可以被放置在雙層玻璃窗之間。

Forrest和他的團隊還在對該技術進行多項改進，下一個目標是達到7%的光利用率，并將電池壽命延長到10年左右。他們也在研究在新建和現(xiàn)有建筑上安裝透明太陽能電池窗戶的經濟效益。