Исследовательская группа под руководством профессора Ли Гана из Политехнического университета Гонконга разработала новый параметр FoMLUE, который позволяет оценивать потенциал фотоактивных материалов для полупрозрачных органических фотовольтаических систем (ST-OPV). Это открывает путь к их широкому коммерческому применению.
Полупрозрачные солнечные элементы могут быть интегрированы в окна, экраны и другие поверхности, что обещает революционизировать сектор возобновляемой энергетики. Основная задача здесь – найти баланс между прозрачностью и эффективностью преобразования энергии.
ST-OPV, сочетающие в себе высокую энергоэффективность и эстетическую привлекательность, вызывают значительный интерес у ученых. Благодаря своим уникальным характеристикам, таким как дискретное поглощение, низкая стоимость производства и экологичность, ST-OPV обладают огромным потенциалом для использования в фотовольтаике, интегрированной в здания (BIPV).
Для полной реализации этого потенциала ученые комбинируют различные материалы и используют передовые технологии проектирования устройств. Цель – повысить эффективность и стабильность ST-OPV, сохраняя при этом естественный цвет под солнечным светом, чтобы фотовольтаическая система не нарушала архитектурный облик зданий.
Исследователи, в том числе профессор Ли Ганг и доктор Юй Цзяншэн, представили безразмерный параметр FoMLUE для отбора классических фотоактивных материалов. Этот параметр учитывает среднюю визуальную прозрачность материалов, ширину запрещенной зоны и плотность тока, анализируя их нормализованную абсорбционную способность.
Было установлено, что ST-OPV на основе тройных материалов с наивысшими значениями FoMLUE демонстрируют улучшенную теплоизоляцию и эксплуатационную стабильность по сравнению с аналогами. Была достигнута рекордная эффективность использования света в 6,05% – это самый высокий показатель эффективности, зарегистрированный для полупрозрачных солнечных элементов.
Исследование также выявило влияние географических факторов на производительность ST-OPV. Для оценки генерации энергии и энергосбережения окон со ST-OPV была разработана динамическая модель, позволяющая симулировать выходную мощность и анализировать ее влияние на нагрузку охлаждения и отопления зданий.
Применение этой модели в 371 городе Китая показало, что более 90% случаев привели к снижению годовой нагрузки. Географический анализ также показал, что регионы с жарким летом и теплой зимой наиболее подходят для установки окон со ST-OPV, где общее годовое энергосбережение может достигать 1,43 ГДж/м².
Профессор Ли отметил, что солнечные окна, как новая технология фотовольтаики, открывают новые возможности для применения в BIPV, возобновляемых источниках энергии для транспортных средств и сельскохозяйственных теплицах. Результаты исследования подчеркивают многофункциональность и географическую адаптивность высокопроизводительных ST-OPV для создания «умных» окон, экономящих энергию, без ущерба для архитектурного дизайна, что свидетельствует об их весьма перспективных коммерческих перспективах.
В дальнейшем команда исследователей намерена повысить долгосрочную стабильность ST-OPV и масштабировать разработку до крупноформатных солнечных модулей, что является ключевым для коммерциализации.
