研究人员报告说，一种新的透明太阳能电池设计可以将高效率与 30 年的估计寿命结合起来。

它可能为也提供太阳能的窗户铺平道路。

“太阳能是自工业革命以来人类生产的*********的能源形式，”领导这项研究的密歇根大学电气工程教授斯蒂芬福雷斯特说。“在窗户上使用这些设备后，您的建筑物就变成了发电厂。”

虽然晶硅仍然是太阳能电池板效率的王者，但它并不透明。对于窗户友好型太阳能电池板，研究人员一直在探索有机或碳基材料。Forrest 团队面临的挑战是如何防止非常高效的有机光转换材料在使用过程中快速降解。

这些材料的优点和缺点在于将光生电子转移到电极的分子，电极是使用或储存太阳能的电路的入口点。这些材料通常被称为“非富勒烯受体”，以将它们与由纳米级碳网制成的更坚固但效率较低的“富勒烯受体”区分开来。用加入硫的非富勒烯受体制成的太阳能电池可以达到 18% 的硅效率，但它们不会持续那么久。

该设计的使用寿命是向提供太阳能的实用窗户迈出的重要一步

研究人员着手改变这种状况。在他们的实验中，他们表明，在不保护阳光转换材料的情况下，在相当于 1 个太阳光照的情况下，效率会在 12 周内降至初始值的 40% 以下。

“非富勒烯受体具有非常高的效率，但包含在高能光子下容易解离的弱键，尤其是太阳光中常见的 UV [紫外线] 光子，”电气工程和计算机科学助理研究员、第一作者 Yongxi Li 说。的纸。

通过研究那些未受保护的太阳能电池退化的性质，该团队认识到他们只需要在几个地方进行支撑。首先，他们需要阻挡紫外线。为此，他们在玻璃朝阳的一面添加了一层氧化锌——一种常见的防晒成分。

靠近光吸收区域的较薄氧化锌层有助于将太阳能产生的电子传导至电极。不幸的是，它还会破坏脆弱的光吸收器，因此该团队添加了一层称为 IC-SAM 的碳基材料作为缓冲层。

此外，将带正电的“空穴”（本质上是电子空出的空间）吸入电路的电极也可以与光吸收剂发生反应。为了保护侧翼，他们添加了另一个缓冲层，这是一个形状像足球的富勒烯。

然后，该团队在不同强度的模拟阳光下测试了他们的新防御系统，从典型的 1 个太阳光到 27 个太阳光，以及高达 150 华氏度的温度。通过研究在这些条件下性能如何下降，该团队推断太阳能电池在 30 年后仍将以 80% 的效率运行。

Forrest 认为这些设备的未来会“出现在您附近的窗口”。他的团队已经将模块的透明度提高到 40%。他们相信他们可以达到 60% 的透明度。

他们还致力于将报告的半透明模块的效率从 10% 提高到接近据信在高透明度下可能达到的 15%。由于材料可以制备成液体，因此制造成本预计相对较低。

该研究发表在《自然通讯》上。来自北卡罗来纳州立大学、天津大学和中国浙江大学的其他研究人员为这项工作做出了贡献。

这项研究的资金来自海军研究办公室和美国能源部能源效率和可再生能源办公室。Universal Display Corp. 持有该作品的许可。密歇根大学拥有 Universal Display Corp. 的经济利益，Forrest 拥有所有权权益。