A Michigan State University kutatói 2014 augusztusában létrehoztak egy teljesen átlátszó napenergia-koncentrátort, amely bármilyen ablakot vagy üveglapot (például az okostelefon képernyőjét) fotovoltaikus napelemmé alakíthat. Ellentétben más “átlátszó” napelemekkel, amelyekről korábban már beszámoltunk, ez a napelem valóban átlátszó, amint az a történet során készült fotókon is látható. Richard Lunt szerint, aki annak idején a kutatást vezette, a csapat biztos abban, hogy az átlátszó napelemek hatékonyan alkalmazhatók a legkülönbözőbb környezetekben, a “sok ablakkal rendelkező magas épületektől kezdve a magas épületekig vagy bármilyen mobil eszközig, amely magas esztétikai minőséget igényel, mint például egy telefon vagy e-olvasó.”
Most az Ubiquitous Energy, egy MIT startup, amelyről először 2013-ban számoltunk be, egyre közelebb kerül ahhoz, hogy piacra dobja átlátszó napelemeit. Lunt társalapítója a cégnek, és továbbra is a Michigani Állami Egyetem vegyészmérnöki és anyagtudományi tanszékének adjunktusa. Lényegében azt csinálják, hogy az alkatrészek zsugorítása helyett megváltoztatják a cella fényelnyelésének módját. A cella szelektíven gyűjti be a napsugárzás spektrumának azt a részét, amelyet a szemünkkel nem látunk, miközben a normál látható fényt átengedi.
Tudományos szempontból az átlátszó napelem egyfajta oximoron. A napelemek, különösen a fotovoltaikus fajták, a fotonok (napfény) elnyelésével és elektronokká (elektromossággá) való átalakításával termelnek energiát. Ha azonban egy anyag átlátszó, az a definíció szerint azt jelenti, hogy az összes fény áthalad a közegen, és a szemünk hátuljára esik. Ez az oka annak, hogy a korábbi átlátszó napelemek valójában csak részben voltak átlátszóak – és hogy a sérülést tetézzék, általában színes árnyékot is vetnek.
A szerves sók elnyelik az UV és infravörös tartományt, és infravöröset bocsátanak ki – ezek a folyamatok a látható spektrumon kívül zajlanak, ezért tűnik átlátszónak.
Azért, hogy ezt a korlátozást megkerüljék, a Michigan State kutatói egy kissé eltérő technikát alkalmaznak a napfény összegyűjtésére. Ahelyett, hogy megpróbálnának egy átlátszó fotovoltaikus cellát létrehozni (ami szinte lehetetlen), egy átlátszó lumineszcens napkoncentrátort (TLSC) használnak. A TLSC szerves sókból áll, amelyek elnyelik az ultraibolya és az infravörös fény meghatározott, nem látható hullámhosszúságú hullámait, amelyeket aztán az infravörös fény egy másik (szintén nem látható) hullámhosszúságaként lumineszkálnak (világítanak). Ezt a kibocsátott infravörös fényt a műanyag szélére vezetik, ahol a hagyományos fotovoltaikus napelem vékony csíkjai elektromos árammá alakítják.
Ha jobban megnézzük, láthatunk néhány fekete csíkot a műanyagtömb szélei mentén. Egyébként azonban az aktív szerves anyag – és így a napelem nagy része – rendkívül átlátszó. (Olvassa el: A napelemes szinglethasadás elhajlítja a fizika törvényeit, hogy 30%-kal növelje a napenergia hatékonyságát.)
A TLSC prototípusának hatékonysága jelenleg 1% körüli, de szerintük 10& is lehetséges lesz, amint a gyártás megkezdődik. A nem átlátszó lumineszcens koncentrátorok (amelyek színes fényben fürdetik a helyiséget) maximum 7% körül teljesítenek. Önmagukban ezek nem óriási számok, de nagyobb léptékben – egy ház vagy irodaház minden ablakában – a számok gyorsan összeadódnak. És bár valószínűleg nem egy olyan technológiáról beszélünk, amely a végtelenségig képes fenntartani az okostelefon vagy a táblagép működését, a készülék kijelzőjének TLSC-vel való helyettesítése néhány perccel vagy órával hosszabb használatot jelenthet egyetlen akkumulátortöltéssel.
“Ez sok területet nyit meg a napenergia nem tolakodó módon történő felhasználására” – mondta Lunt a Michigan State’s Today blognak adott interjúban. “Használható magas, sok ablakkal rendelkező épületeken vagy bármilyen mobil eszközön, amely magas esztétikai minőséget igényel, mint például egy telefon vagy e-olvasó. Végső soron olyan napkollektoros felületeket szeretnénk létrehozni, amelyekről nem is tudod, hogy ott vannak.”
A kutatók – és az Ubiquitous Energy – bíznak abban, hogy a technológia a nagy ipari és kereskedelmi alkalmazásoktól egészen a fogyasztói eszközökig skálázható, miközben megfizethető marad. Eddig a napenergia nagymértékű elterjedésének egyik nagyobb akadálya a napelemek tolakodó és csúnya jellege volt – nyilvánvaló, hogy ha nagy mennyiségű napenergiát tudnánk termelni olyan üveg- és műanyaglapokból, amelyek úgy néznek ki, mint a normál üveg- és műanyaglapok, akkor az hihetetlen lenne.
Bővebben a Hogyan működnek a napelemek?
Sebastian Anthony írta a cikk eredeti változatát. Azóta új információkkal frissítették.