Основываясь на таких передовых материалах, как перовскиты и однослойные углеродные нанотрубки, новая технология реагирует на нагрев, трансформируясь из прозрачного в тонированное. Когда окно темнеет, в нем вырабатывается электричество. Изменение цвета происходит за счет молекул (метиламина), которые обратимо поглощаются устройством. Когда солнечная энергия нагревает устройство, молекулы вытесняются, и устройство темнеет.
Когда солнце не светит, устройство снова охлаждается, и молекулы снова поглощаются оконным устройством, которое затем кажется прозрачным.Ученый из NREL держит кусок стекла, разделенный на прозрачное и непрозрачное.
Лэнс Уиллер (спереди) разработал переключаемое фотоэлектрическое окно вместе с (слева направо) Натаном Нилом, Робертом Тенентом, Джеффри Блэкберном, Элизой Миллер и Дэвидом Муром. (Фото Денниса Шредера / NREL)Демонстрационное устройство, разработанное NREL, позволяет проходить в среднем 68 процентам света в видимой части солнечного спектра, когда оно находится в прозрачном или обесцвеченном состоянии. Когда окно меняет цвет — процесс, на который во время тестирования потребовалось около 3 минут освещения — через окно допускается только 3 процента.
Существующие солнечные оконные технологии статичны, что означает, что они предназначены для использования части солнечного света, не жертвуя слишком большой пропускной способностью видимого света, необходимой для просмотра или комфорта людей, находящихся в здании. «Существует принципиальный компромисс между хорошим окном и хорошим солнечным элементом», — сказал Лэнс Уиллер, ученый из NREL. «Эта технология обходит это. У нас есть хорошие солнечные батареи, когда много солнечного света, и у нас есть хорошее окно, когда его нет».В документе с подтверждением концепции, опубликованном в Nature Communications, установлено, что эффективность преобразования солнечной энергии составляет 11,3 процента. «Существуют термохромные технологии, но нет ничего, что на самом деле преобразует эту энергию в электричество», — сказал Уиллер.
Он является ведущим автором статьи «Переключаемые фотоэлектрические окна, обеспечиваемые обратимой диссоциацией фототермического комплекса из иодида метиламмония».Его соавторами, все из NREL, являются Дэвид Мур, Рашель Ихли, Ноа Стэнтон, Элиза Миллер, Роберт Тенент, Джеффри Блэкберн и Натан Нил.
При тестировании при освещении одним солнцем демонстрационное устройство площадью 1 квадратный сантиметр проходило повторяющиеся циклы прозрачного тонирования, но производительность снизилась в течение 20 циклов из-за реструктуризации переключаемого слоя. Текущие исследования направлены на повышение стабильности цикла.
Путь к коммерциализации технологии был изучен в прошлом году в ходе двухмесячной программы под названием Energy I-Corps. Команды исследователей работают в паре с отраслевыми наставниками, чтобы узнать, чего хотят клиенты от технологии, и разработать эффективные способы выхода на рынок.
Лэнс Уиллер и Роберт Тенент, руководитель программы по оконным технологиям в NREL и соавтор статьи, объединились, чтобы разработать рыночную стратегию для продукта, который они назвали SwitchGlaze. Проект финансировался программой «Новые технологии» в Управлении строительных технологий Министерства энергетики США.
Уиллер сказал, что эту технологию можно интегрировать в автомобили, здания и т. Д. Электроэнергия, генерируемая окном солнечного элемента, может заряжать батареи для питания смартфонов или бортовой электроники, такой как вентиляторы, датчики дождя и двигатели, которые открывают или закрывают окна в соответствии с программой.