Výzkumný tým v Číně kombinoval výrobu solární energie z kesteritové generace tenkých vrstev s elektrochromním oknem z oxidu nikl-kobaltového (NiCoO2). Navržený prototyp realizuje nejen funkční integraci vlastního napájení. A taky inteligentního nastavení slunečního záření, ale také rozšiřuje svou funkci o akumulaci energie.
Výzkumníci vedení z univerzity Henan v Číně využili tenkovrstvé solární články kesteritu (CZTSSe) v novém prototypu chytrého solárního okna.
„Náš prototyp kombinuje elektrochromní okénko z oxidu nikl-kobaltového (NiCoO2) a tenkovrstvé solární články CZTSSe,“ řekl hlavní autor výzkumu Guofa Cai. „Takový integrovaný prototyp nejenže realizuje funkční integraci vlastního napájení a inteligentního nastavení slunečního záření, ale také rozšiřuje svou funkci na akumulaci energie.“
Vědci postavili solární článek se skleněným substrátem potaženým molybdenem (Mo), kesteritovým absorbérem, tlumicí vrstvou na bázi sulfidu kademnatého (CdS), vrstvou oxidu zinečnatého (ZnO), nanesenou vrstvou oxidu india a cínu (ITO) magnetronovým naprašováním a stříbrnými (Ag) kovovými kontakty.
K přípravě elektrochromních filmů NiCoO2 pro okno použili strategii jednoduché chemické depozice v lázni (CBD). „Vzhledem k porézní struktuře nanovloček a synergickému efektu prvků niklu a kobaltu vykazují NiCoO2 film a elektrochromická chytrá okna na bázi NiCoO2 vynikající elektrochemický, elektrochromický i energetický výkon,“ vysvětlil Cai.
Nový prototyp chytrého solárního okna
Okno také obsahuje protielektrodový film z oxidu titaničitého (TiO2) s údajně vynikajícím výkonem elektrochromismu a ukládání energie. Tento film z nanočástic působí jako vrstva pro ukládání iontů díky své dobré schopnosti vyrovnat náboj a vysoké propustnosti.
Solární okno, testované za standardních světelných podmínek, vykázalo spotřebu energie 318,3 mWh/m2 a celkovou účinnost 2,15 %. Což jsou podle týmu hodnoty srovnatelné s většinou dosud vyvinutých solárních oken.
„Zejména díky porézní struktuře nanovloček a bimetalickému synergickému efektu vykazují elektrochromní filmy NiCoO2 velkou optickou modulaci. Dále vysokou rychlost přepínání, vynikající elektrochromní stabilitu a také vynikající rychlost,“ vysvětlili.
„Poprvé se studoval výkon řízení slunečního záření u inteligentních oken s vlastním pohonem s neutrálním barevným tónováním. Což je přínosné pro zlepšení pohodlí cestujících a vytváří z něj velký potenciál v architektonických aplikacích,“ uvedl Cai.
Materiál absorbující teplo
Technologie článků a design oken se prezentovaly v článku „Multifunkční elektrochromní úložiště energie chytré okno poháněné solárním článkem CZTSSe pro inteligentní řízení slunečního záření budovy“. Ten se publikoval v Solar Energy Materials and Solar Cells.
Kesterit se stává jedním z nejslibnějších materiálů absorbujících světlo pro potenciální použití v levnějších tenkovrstvých solárních článcích. Kesterity se skládají z běžných prvků, jako je měď, cín, zinek a selen. A na rozdíl od sloučenin GIGS se v budoucnu neočekávají žádné překážky v zásobování. Kesterit je však v hromadné výrobě stále méně účinný než CIGS. Světový rekord v účinnosti těchto článků je 12,6 %, kterého dosáhl japonský výrobce tenkých vrstev Solar Frontier v roce 2013.
Chytrá okna a fotovoltaická zařízení (FVCD) umožnují nastavitelné průhledné zasklení a zároveň vyrábět elektřinu pomocí FV efektu. Tato technologie se dosud aplikovala na návrh inteligentních oken s vlastním pohonem pro budovy a vozidla na úrovni výzkumu. Nachází se však stále ve velmi rané fázi vývoje. Schopnost modulovat vnitřní prostup světla a tepla a zároveň generovat energii z FV se stává lákavá pro další vývoj BIPV.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
