染料敏化太阳能电池可适应不同的光照条件

由半透明光伏(PV)材料制成的太阳能电池通常具有固定的光学透射率,这会导致高透明度或高效率,但很少会同时出现。但是,为了在集成到建筑物中时发挥最佳性能,它们应该能够高效地发电,同时还应根据周围自然光的强度来改变其透射光的量。

来自格勒诺布尔阿尔卑斯大学CNRS,Solaronix和Pablo de Olavide大学的CEA的研究人员提出了一种制造太阳能电池的战略,该太阳能电池可以适应不断变化的光照条件,同时还可以实现高功率转换效率。在《自然能源》上发表的一篇论文中概述了这种策略,该策略需要使用它们开发的染料使细胞敏感,这些染料在暴露于光线时能够改变颜色。

“在2014年,我们正在与Solaronix一起开发用于半透明,染料敏化太阳能电池(DSSC)的有机染料,以用于构建集成光伏电池,”进行这项研究的研究人员之一雷诺德马德里勒(Renaud Demadrille)说道,告诉TechXplore。“我们选择了一种染料来制造安装在EPFL会议中心太阳能立面上的橙色面板。”

在集成了太阳能电池后,研究人员在现实环境中开发了太阳能电池并评估了性能,研究人员意识到,尽管它们在美学上令人愉悦,但它们的制造不可避免地导致了透明度与功率效率之间的权衡。这远非理想,特别是如果要将电池合并在通常是透明的窗户或其他表面上时。

Demadrille说:“我们认识到,理想情况下,半透明太阳能电池应该能够发电,同时为用户提供舒适的环境,以根据日照强度自我调节光的透射率。”“这种自我调节功能可以帮助减轻光线(当细胞暴露在充分的阳光下)和具有大窗户和/或玻璃幕墙的建筑物的温度。因此,我们决定开发一种新型的染料,这种染料可以启用这些属性。”

Demadrille及其同事介绍的太阳能电池是使用光致变色染料制造的。当它们暴露在光线下时,这些染料的吸收特性会发生变化,从而导致颜色改变。当使用这些染料使太阳能电池敏化时,它们将获得相同的变色特性。

研究人员使用的光致变色染料能够制造太阳能电池,当周围环境中的日光量增加时,该电池会变暗,而当日光量减少时,该透明性会变得更透明。当它们暴露在强烈的阳光下并因此获得较深的颜色时,它们还会产生大量的电能。

Demadrille说:“这种着色/变色过程可以在几个月内重复进行而不会造成损失。”“在其他半透明太阳能电池技术中,透光特性在制造过程中是固定的,无法更改。”

研究人员通过一系列实验评估了它们的DSSC,发现它们的透明度在60%到27%之间,具体取决于周围阳光的强度,但它们的功率转换效率也达到4.17%。值得注意的是,它们是有史以来首个能够适应变化的光照条件的太阳能电池。这种特性使它们能够在白天捕获太阳能,并在日照较暗时(例如,晚上或清晨)过滤掉穿过它们的光线较少。

将来,Demadrille和他的同事们引入的太阳能电池可以集成在建筑物的窗户或其他表面上,这可能会得益于一天中最黑暗的时刻保持透明。此外,电池上使用的光致变色染料可以应用于其他光伏材料,以使其具有相似的变色特性。

Demadrille说:“我们相信,随着性能和稳定性的进一步提高,我们的电池将有可能被嵌入建筑物甚至车辆的外墙,甚至可以用作太阳能窗户。”“因此,在接下来的研究中,我们计划探索改善其电性能和稳定性的方法。与此同时,我们还在研究第二代对光条件具有更快自适应响应的染料。”

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