Ένα νέο έξυπνο ηλιακό παράθυρο που δημιουργήθηκε στην Κίνα απογειώνει την απόδοση των φωτοβολταικών

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Henan στην Κίνα χρησιμοποίησαν ηλιακές κυψέλες λεπτής μεμβράνης κεστερίτη (CZTSSe) δημιουργώντας ένα νέο έξυπνο ηλιακό παράθυρο.

«Το πρωτότυπό μας συνδυάζει ηλεκτροχρωμικό παράθυρο οξειδίου διμετάλλου νικελίου-κοβαλτίου (NiCoO ₂ ) και ηλιακά κύτταρα λεπτής μεμβράνης CZTSSe», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας, Guofa Cai, στο περιοδικό pv .

“Ένα τέτοιο ενσωματωμένο πρωτότυπο όχι μόνο πραγματοποιεί την ενοποίηση λειτουργίας της αυτοτροφοδοσίας και της έξυπνης ρύθμισης της ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά επεκτείνει επίσης τη λειτουργία του στην αποθήκευση ενέργειας”.

Οι επιστήμονες κατασκεύασαν το ηλιακό κύτταρο με ένα γυάλινο υπόστρωμα επικαλυμμένο με μολύβου (Mo), τον απορροφητή κεστερίτη, ένα ρυθμιστικό στρώμα με βάση το θειούχο κάδμιο, ένα στρώμα οξειδίου ψευδαργύρου (ZnO), ένα στρώμα οξειδίου κασσίτερου ινδίου (ITO), με ψεκασμό με μαγνητρόνιο και επαφές μετάλλου αργύρου (Ag).

Μια απλή στρατηγική

Χρησιμοποίησαν μια απλή στρατηγική εναπόθεσης χημικού λουτρού (CBD) για να προετοιμάσουν τις ηλεκτροχρωμικές μεμβράνες NiCoO ₂ για το παράθυρο. «Λόγω της πορώδους δομής της διάταξης νανονιφάδων και της συνεργιστικής επίδρασης στοιχείων νικελίου και κοβαλτίου, η μεμβράνη NiCoO ₂ και τα ηλεκτροχρωμικά έξυπνα παράθυρα με βάση το NiCoO ₂ παρουσιάζουν εξαιρετική ηλεκτροχημική, ηλεκτροχρωμική απόδοση καθώς και απόδοση αποθήκευσης ενέργειας», εξήγησε ο Cai.

Το παράθυρο ενσωματώνει επίσης μια μεμβράνη αντίθετου ηλεκτροδίου οξειδίου του τιτανίου (TiO2) με φερόμενη εξαιρετική απόδοση ηλεκτροχρωμισμού και αποθήκευσης ενέργειας. Αυτό το φιλμ νανοσωματιδίων λειτουργεί ως στρώμα αποθήκευσης ιόντων λόγω της καλής ικανότητας ισορροπίας φορτίου και της υψηλής διαπερατότητας.

Δοκιμασμένο υπό τυπικές συνθήκες φωτισμού, το ηλιακό παράθυρο έδειξε κατανάλωση ενέργειας 318,3 mWh/m2 και συνολική απόδοση 2,15%, που η ομάδα είπε ότι είναι τιμές συγκρίσιμες με τα περισσότερα από τα ηλιακά παράθυρα που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα.

«Συγκεκριμένα, επωφελούμενοι από τη δομή των πορωδών συστοιχιών νανονιφάδων και το διμεταλλικό συνεργιστικό αποτέλεσμα, οι ηλεκτροχρωμικές μεμβράνες NiCoO ₂ παρουσιάζουν μεγάλη οπτική διαμόρφωση, γρήγορη ταχύτητα εναλλαγής, εξαιρετική ηλεκτροχρωμική σταθερότητα, καθώς και εξαιρετική ικανότητα ταχύτητας», εξήγησαν.

«Μελετήθηκε για πρώτη φορά η απόδοση διαχείρισης ηλιακής ακτινοβολίας των αυτοτροφοδοτούμενων έξυπνων παραθύρων με ουδέτερο χρωματικό χρωματισμό, κάτι που είναι ευεργετικό για τη βελτίωση της άνεσης των επιβατών και το καθιστά μεγάλες δυνατότητες σε αρχιτεκτονικές εφαρμογές», δήλωσε ο Cai .

O κεστερίτης

Ο κεστερίτης είναι ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα υλικά απορρόφησης φωτός που είναι υποψήφια για πιθανή χρήση σε ηλιακά κύτταρα λεπτής μεμβράνης χαμηλότερου κόστους. Οι κεστερίτες αποτελούνται από κοινά στοιχεία, όπως ο χαλκός, ο κασσίτερος, ο ψευδάργυρος και το σελήνιο. Και σε αντίθεση με τις ενώσεις GIGS, δεν αναμένονται προβλήματα προμήθειας στο μέλλον. Ωστόσο, ο κεστερίτης εξακολουθεί να είναι λιγότερο αποτελεσματικός από το CIGS στη μαζική παραγωγή. Το παγκόσμιο ρεκόρ απόδοσης για τέτοιες κυψέλες είναι 12,6%, το οποίο επιτεύχθηκε από την Ιάπωνα παραγωγό λεπτής μεμβράνης Solar Frontier το 2013.

Τα έξυπνα παράθυρα και οι φωτοβολταχρωμικές συσκευές (PVCD) είναι ικανά να επιτρέπουν ρυθμιζόμενα τζάμια διαφάνειας και, ταυτόχρονα, να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω του φαινομένου ΦΒ. Αυτή η τεχνολογία έχει εφαρμοστεί μέχρι στιγμής στον σχεδιασμό αυτοτροφοδοτούμενων έξυπνων παραθύρων για κτίρια και οχήματα σε ερευνητικό επίπεδο. Ωστόσο, βρίσκεται ακόμη σε πολύ πρώιμο στάδιο ανάπτυξης.