用于Windows的透明太阳能电池板创下新的效率记录–可以帮助使摩天大楼充当电源

由密歇根大学研究人员领导的团队更接近用作电源的摩天大楼，为中性色透明太阳能电池创造了新的效率记录。

该团队采用有机或碳基设计，而不是传统的硅，实现了8.1％的效率和43.3％的透明度。电池虽然略带绿色，但更像太阳镜和汽车窗户的灰色。

彼得·史蒂芬·福雷斯特（Stephen Forrest）说：“每栋建筑的表面都有窗户，是有机太阳能电池的理想位置，因为它们提供了硅无法提供的东西，这是非常高的效率和非常高的可见透明度的结合。”主持此项研究的A. Franken杰出大学工程学教授和Paul G. Goebel工程学教授。

具有玻璃幕墙的建筑物通常在其表面上具有涂层，该涂层反射并吸收光谱的可见光和红外光中的某些光，以降低建筑物内部的亮度和热量。透明的太阳能电池板可以扔掉建筑物的用电需求，而不是将其浪费掉。一些现有窗户的透明度类似于太阳能电池的透明度。Forrest的小组在《美国国家科学院院刊》上发表了报告。

“我们开发的新材料和设备的结构必须权衡多个折衷因素，以同时提供良好的日光吸收，高电压，高电流，低电阻和中性色透明性，”他说。李永喜（Yongxi Li），电气工程和计算机科学领域的助理研究员。

这种新材料是有机分子的组合，这些有机分子被设计成在可见光中透明，而在近红外光中吸收，近红外光是光谱的不可见部分，占了阳光中的大部分能量。此外，研究人员开发了光学涂层，以增强红外光产生的能量和可见光范围内的透明度，这两种质量通常相互竞争。

该装置的颜色中性版本是用铟锡氧化物电极制成的。银电极将效率提高到10.8％，透明性提高到45.8％。但是，在某些窗户应用中，该版本略带绿色的色彩可能是不可接受的。

透明太阳能电池通过其光利用效率来衡量，该效率描述了撞击窗户的光中有多少能量可以作为电能或作为透射光在室内使用。先前的透明太阳能电池的光利用率大约为2-3％，但是铟锡氧化物电池的额定光利用率为3.5％，而白银版本的光利用率为5％。

两种版本都可以使用比其他透明太阳能电池毒性小的材料进行大规模生产。透明有机太阳能电池还可以根据当地纬度进行定制，这是因为当太阳光线以垂直角度照射时，它们是最有效的。可以将它们放在双层玻璃的窗格之间。

Forrest及其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大约10年。他们还在研究在新的和现有的建筑物中安装透明太阳能电池窗的经济性。

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参考：李永喜，郭霞，彭正兴，曲邦宁，闫洪平，阎罗德，张茂杰和斯蒂芬·R·福雷斯特，“中性色，半透明有机光伏用于电动车窗应用”，2020年8月17日，美国国家科学院院刊。科学.DOI：
10.1073 / pnas.2007799117

该团队包括北卡罗来纳州立大学，中国苏州大学和SLAC国家加速器实验室的研究人员。

本材料基于美国能源部太阳能技术办公室以及海军研究和通用显示器公司办公室的支持工作。

Forrest还是电气工程与计算机科学，材料科学与工程以及物理学的教授。