イーストランシングのミシガン州立大学の科学者が作成したソーラーウィンドウは有機太陽光発電を用いて効率5％に達しました。
RICHARD LUNT/MICHIGAN STATE UNIVERSITY
Lance Wheeler氏はガラス張りの高層ビルを見て、未開発の可能性を見いだしたのです。 住宅とオフィスビルは、米国で使用される電力の75％、全体のエネルギー使用量の40％を占めていると彼は言う。 窓はエネルギーが漏れるので、この問題の大きな部分を占めています。 コロラド州ゴールデンにある国立再生可能エネルギー研究所の太陽光発電の専門家であるウィーラー氏は、「それを軽減するためにできることは何でも、非常に大きな影響を与えることになる」と言います。 窓をソーラー パネルに変えるのです。 過去には、材料科学者が窓ガラスに光を吸収するフィルムを埋め込んでいました。 しかし、そのようなソーラーウィンドウは、建築家にとって魅力のない赤味や茶色を帯びていることが多いのです。 しかし、新しいソーラーウィンドウは、目に見えない紫外線や赤外線だけを吸収する。 そのため、通常ガラスから漏れ出てくる紫外線や赤外線を遮断し、透明なガラスにすることができます。 発電しながら熱の上昇を抑えることで、この窓は「大きな可能性を秘めている」とWheeler氏は言う。
業界を支配する標準的な結晶シリコン電池のように、ほとんどの太陽電池は、効率（太陽光のエネルギーのうち電気に変換される割合）を最大化するために透明性を犠牲にしている。 最高のシリコン電池の効率は25％です。 一方、ペロブスカイトと呼ばれる新種の不透明な太陽電池材料は、最高効率22%でシリコンに迫りつつある。 2990>
今週の Joule 誌に、イーストランシングにあるミシガン州立大学の化学エンジニア Richard Lunt が率いるチームが、材料をチューニングして、0.5%の効率を持つ紫外線吸収ペロブスカイト太陽窓を開発したと報告しています。 これは最高のペロブスカイト太陽電池の効率よりはるかに低いが、ラント氏によれば、もう一つの窓技術であるオンデマンド暗室化ガラスを動かすには十分な高さであるとのことだ。 ラント氏は、彼のチームが今後数年のうちに効率4％を達成するための明確な道筋があると信じている。 2990>
スペクトルのもう一方の端は赤外線で、これは紫外線よりも強く地表を照らすため、より多くの電気を発生させることができます。 昨年、ラント教授のチームは、有機半導体と金属を薄いフィルムで挟んだ「有機」光電池を用いて、効率5%の透明な紫外線・赤外線吸収セルを作ったと、『ネイチャー・エネルギー』誌に発表しました。 Lunt氏によれば、紫外線を吸収するペロブスカイトと赤外線を吸収する有機物を組み合わせた将来のシステムは、ほぼ完全に透明でありながら、20%の効率に達する可能性があるとのことです。
透明なソーラーウィンドウに対する第3のアプローチは、いわゆる発光型太陽集光装置に依存しています。 この窓では、小さな半導体粒子である量子ドットが紫外線や赤外線の光を吸収し、従来の太陽電池が捕らえる波長で光を再放出します。 再放射された光は集光され、ガラスを通して窓枠に埋め込まれた太陽電池ストリップに横向きに送られる。 量子ドットは安価に製造でき、再放射された光を捕らえるために必要な太陽電池の材料も少量で済むため、このソーラーウィンドウは安価に製造できると期待されている。 さらに、太陽電池は強い光や集中した光のもとでよりよく機能する。 ニューメキシコ州ロスアラモス国立研究所の化学者Victor Klimov氏らは、1月のNature Photonics誌で、これらの窓の効率はすでに3.1％に達していると報告しています。
半透明窓をまだカウントアウトしないでください、とカリフォルニア州パロアルトのスタンフォード大学でソーラーウィンドウとペロブスカイトの専門家、McGehee氏は言っています。 例えば、昨年、米国エネルギー省は、カリフォルニア州サンタバーバラにあるネクスト・エナジー・テクノロジーズ社に250万ドルを与え、半透明有機太陽電池窓の完成を目指させた。 同社は、可視光線を含む入射太陽光の半分を吸収する窓で、7%の効率を達成した。 透明なガラスに比べれば暗くなるが、特定の周波数の光ではなく、スペクトル全体の光を吸収するため、見苦しい赤や茶色の色調になることはない。 「可視スペクトル全体にわたって約半分の光を吸収する窓は、とてもきれいに見えることがわかりました」と、同社の顧問でもあるMcGeheeは言います。
Wheelerは、どの技術がトップになるかはわからないと言います。 1つの要因は毒性でしょう。 ガラスは割れるし、多くのソーラー窓技術には少量の有毒物質が含まれています。 また、建築業界が求めるように、何十年も使えるような耐久性も必要です。 しかし、未来のビルは電力網からすべての電力を供給することはないだろう、と彼は言う。 発電もするようになるのです。 「建築業者はとにかく窓をつけなければならない。 「その窓を利用すればいいじゃないか」
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