ایجاد سلول خورشیدی با پنجره‌های هوشمند

مدتهاست که شیشه‌های تغییر دهنده رنگ وجود دارد و از آنها معمولاً به عنوان لنزهای انتقالی برای عینک‌هایی که به طور خودکار در زیر نور ملایم رنگ می‌شوند مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما اخیرا محققان تحولاتی را در آنها ایجاد کرده‌اند و در همین زمان نیز سلول‌های خورشیدی شفاف (یا نیمه شفاف) از کارآیی بیشتری برخوردار شده‌اند تا جایی که می‌توانند در پنجره‌ها جای بگیرند.

در مطالعه جدید، محققان آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر این دو فناوری را در یک پنجره ترکیب کرده‌اند. محققان این را فناوری "فتوولتاییک ترموکرومیک"(thermochromic photovoltaic) نامیدند. پنجره‌ها با این کمک در صورت گرم شدن در برابر نور خورشید تغییر رنگ می‌دهند که این موضوع نیاز به خنک سازی را کاهش می‌دهد و هنگامی که این کار را انجام می‌دهد، شروع به برداشت انرژی از آن نور می‌کند.

پنجره‌ها از یک صفحه نازک از ساختار پروسکایت ساخته شده‌اند که این ماده بین شکاف بین دو صفحه شیشه‌ای قرار می‌گیرد و بخار حلال نیز بین این شکاف‌ها تزریق می‌شود.

ساختار پروسکایت (Perovskite) یکی از ساختارهای سه‌تایی مواد با فرمول عمومی ABO۳است. این ساختار از هشت‌وجهی‌های BO۶تشکیل شده‌ است که کاتیون‌های بزرگ A در حفرات هشت‌وجهی قرار دارند. این ماده در ساخت سلول‌های خورشیدی کاربرد دارد.

وقتی رطوبت کم است، پروسکایت شفاف باقی می‌ماند و به پنجره اجازه می‌دهد تا نور را به طور معمول وارد کند. اما در دماهای خاص، بخار باعث می‌شود که بلورهای پروسکایت خود را به اشکال مختلف تبدیل کنند. بلورهای پروسکایت ابتدا به یک زنجیره، سپس یک ورق و سپس یک مکعب تبدیل می‌شوند. هر شکل جدید رنگ را تغییر می‌دهد، نور را در درجات مختلف مسدود می‌کند و دما را چند درجه کاهش می‌دهد. با تغییر رنگ، تولید برق آغاز می‌شود.

هنگامی که شیشه به دمای ۹۵ و ۱۱۵ درجه فارنهایت(۳۵ و ۴۶ درجه سانتی‌گراد) می‌رسد، پنجره‌ها می‌توانند طی هفت ثانیه بین چندین رنگ مختلف از شفاف به زرد، نارنجی، قرمز و قهوه‌ای جابجا شوند. محققان می‌گویند که یک نمونه اولیه پنجره با استفاده از این فناوری جدید می‌تواند ظرف یک سال ساخته شود.

یافته‌های این مطالعه در مجله "Nature Communications" منتشر شده است.