W sierpniu 2014 roku naukowcy z Michigan State University stworzyli w pełni przezroczysty koncentrator słoneczny, który mógłby zamienić każde okno lub taflę szkła (jak ekran Twojego smartfona) w fotowoltaiczne ogniwo słoneczne. W przeciwieństwie do innych „przezroczystych” ogniw słonecznych, o których pisaliśmy w przeszłości, to naprawdę jest przezroczyste, co widać na zdjęciach w tej historii. Według Richarda Lunt’a, który prowadził badania w tamtym czasie, zespół był przekonany, że przezroczyste panele słoneczne mogą być skutecznie stosowane w szerokim zakresie ustawień, od „wysokich budynków z dużą ilością okien lub wszelkiego rodzaju urządzeń mobilnych, które wymagają wysokiej jakości estetycznej, takich jak telefon lub e-czytnik.”
Teraz Ubiquitous Energy, startup MIT, o którym po raz pierwszy informowaliśmy w 2013 roku, jest coraz bliżej wprowadzenia swoich przezroczystych paneli słonecznych na rynek. Lunt jest współzałożycielem firmy i pozostaje asystentem profesora inżynierii chemicznej i nauki o materiałach na Michigan State University. Zasadniczo, to co robią, to zamiast zmniejszać komponenty, zmieniają sposób, w jaki ogniwo absorbuje światło. Komórka selektywnie zbiera część widma słonecznego, którego nie widzimy naszym okiem, jednocześnie przepuszczając zwykłe światło widzialne.
Naukowo, przezroczysty panel słoneczny jest czymś w rodzaju oksymoronu. Ogniwa słoneczne, szczególnie te fotowoltaiczne, wytwarzają energię poprzez absorbowanie fotonów (światła słonecznego) i przekształcanie ich w elektrony (elektryczność). Jeśli jednak materiał jest przezroczysty, z definicji oznacza to, że całe światło przechodzi przez niego i trafia w tylną część oka. Z tego powodu dotychczasowe przezroczyste ogniwa słoneczne były w rzeczywistości tylko częściowo przezroczyste – a na domiar złego, zwykle rzucały też kolorowy cień.
Sole organiczne absorbują promieniowanie UV i podczerwone oraz emitują podczerwień – procesy, które zachodzą poza widmem widzialnym, dzięki czemu wydaje się ono przezroczyste.
Aby obejść to ograniczenie, naukowcy z Michigan State używają nieco innej techniki do zbierania światła słonecznego. Zamiast próbować stworzyć przezroczyste ogniwo fotowoltaiczne (co jest prawie niemożliwe), używają oni przezroczystego luminescencyjnego koncentratora słonecznego (TLSC). TLSC składa się z soli organicznych, które absorbują określone niewidzialne długości fal światła ultrafioletowego i podczerwonego, które następnie luminescencyjne (świecą) jako inna długość fali światła podczerwonego (również niewidzialnego). To emitowane światło podczerwone jest kierowane na krawędź plastiku, gdzie cienkie paski konwencjonalnego fotowoltaicznego ogniwa słonecznego przekształcają je w energię elektryczną.
Jeśli przyjrzysz się uważnie, możesz zobaczyć kilka czarnych pasków wzdłuż krawędzi plastikowego bloku. Poza tym, aktywny materiał organiczny – a więc i większa część panelu słonecznego – jest wysoce przezroczysty. (Czytaj: Solarne rozszczepienie singletowe nagina prawa fizyki, aby zwiększyć wydajność energii słonecznej o 30%.)
Prototyp TLSC ma obecnie wydajność około 1%, ale uważają, że 10& powinno być możliwe po rozpoczęciu produkcji. Nieprzeźroczyste koncentratory luminescencyjne (które kąpią pomieszczenie w kolorowym świetle) osiągają maksimum na poziomie około 7%. Same w sobie nie są to wielkie liczby, ale w większej skali – każde okno w domu czy biurowcu – liczby te szybko się sumują. I chociaż prawdopodobnie nie mówimy o technologii, która może utrzymać Twój smartfon lub tablet działający w nieskończoność, zastąpienie wyświetlacza urządzenia z TLSC może netto kilka dodatkowych minut lub godzin użytkowania na jednym ładowaniu baterii.
„To otwiera wiele obszarów do wdrażania energii słonecznej w sposób nieinwazyjny,” Lunt powiedział w wywiadzie z Michigan State’s Today blog. „Może być stosowany na wysokich budynkach z dużą ilością okien lub wszelkiego rodzaju urządzeń mobilnych, które wymagają wysokiej jakości estetycznej, takich jak telefon lub e-czytnik. Ostatecznie chcemy stworzyć powierzchnie zbierające energię słoneczną, o których nawet nie wiesz, że tam są.”
Badacze – i Ubiquitous Energy – są przekonani, że technologia może być skalowana od dużych zastosowań przemysłowych i komercyjnych, aż po urządzenia konsumenckie, zachowując przy tym przystępną cenę. Jak dotąd, jedną z większych barier dla przyjęcia energii słonecznej na dużą skalę jest natrętna i brzydka natura paneli słonecznych – oczywiście, jeśli możemy produkować duże ilości energii słonecznej z arkuszy szkła i plastiku, które wyglądają jak normalne arkusze szkła i plastiku, to byłoby to niesamowite.
Po więcej, przeczytaj Jak działają ogniwa słoneczne?
Sebastian Anthony napisał oryginalną wersję tego artykułu. Od tego czasu został on zaktualizowany o nowe informacje.