Innovative Fensterbeschichtung isoliert Wärme und erzeugt Strom

• Eine einzigartige Fensterbeschichtungstechnik kann die Energieeffizienz eines durchschnittlichen Haushalts verbessern. 
• Die halbtransparenten Photovoltaikfolien sind leichte und farbenfrohe Folien, die Fenster in Wärmeisolatoren und Stromgeneratoren verwandeln können. 

Der Trend zum umweltfreundlichen Bauen, oft auch als „grünes Bauen“ bezeichnet, hat die Beliebtheit fortschrittlicher Fensterbeschichtungen erhöht, die die Kühl- oder Heizkosten niedrig halten, indem sie unnötige Sonneneinstrahlung blockieren.

Die Praxis des umweltfreundlichen Bauens ergänzt die traditionellen Gebäudedesignaspekte Nützlichkeit, Haltbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Komfort. Sie haben Ingenieure und Forscher dazu inspiriert, dünne, durchsichtige Solarzellen zu entwickeln, die Fenster in kleine Stromgeneratoren verwandeln könnten.

Wäre es nicht unglaublich, wenn diese beiden Eigenschaften in einem fensterkompatiblen Material kombiniert werden könnten? Nun ist einem Team von Materialingenieuren in China dasselbe gelungen. Sie haben eine einzigartige Beschichtungstechnik entwickelt, um die Energieeffizienz eines durchschnittlichen Haushalts zu verbessern.

Halbtransparente organische Photovoltaik

Kommerzielle wärmeregulierende Fensterfolien bestehen aus Silizium-Photovoltaik, die außen oder innen auf das Glasfenster aufgebracht werden, um die Menge an sichtbarem, ultraviolettem und infrarotem Licht des Sonnenlichts zu verringern. Allerdings erbringen sie aufgrund ihres Gewichts und ihres langweiligen Aussehens keine besonders gute Leistung.

Anstatt die Fensterbeschichtung nur mit transparenten Solarzellen aufzutragen, bauten die Wissenschaftler semitransparente Photovoltaikanlagen:Es handelt sich um leichte und farbenfrohe Folien, die Fenster in Wärmeisolatoren und Stromgeneratoren verwandeln können.

Darüber hinaus führten sie einen verteilten Bragg-Reflektor auf der Oberseite der Siliziumplatte ein, um das Licht im nahen Infrarot selektiv zu reflektieren und gleichzeitig eine angemessene Transparenz für die sichtbaren Wellenlängen aufrechtzuerhalten. Dadurch wird die Wärmedämmung maximiert, ohne dass die Stromerzeugung und die optischen Eigenschaften der organischen Photovoltaik beeinträchtigt werden.

Referenz:ScienceDirect | doi:10.1016/j.joule.2018.06.006

Es filtert die Infrarotwellenlängen (die für die Erwärmung verantwortlich sind) heraus, lässt sichtbares Licht durch und gewinnt Energie aus den von der Sonne kommenden Strahlen im nahen Infrarotbereich.

Multifunktionale semitransparente organische Photovoltaik 

Die halbtransparente organische Photovoltaik ist in der Lage, einen Energieumwandlungswirkungsgrad von mehr als 6 Prozent bei einer hohen Durchlässigkeit für sichtbares Licht von 25 Prozent und einer Unterdrückungsrate für Infrarotstrahlung von über 80 Prozent zu erzielen.

Erwartete Ergebnisse

Den Forschern zufolge könnte der Einbau von Fenstern, die sowohl wärmedämmend als auch stromerzeugend sind, die Abhängigkeit eines durchschnittlichen Haushalts von Stromquellen um mehr als 50 Prozent verringern.

Die Forscher zeigten auch, dass diese organische Photovoltaik auf dünnen Kunststoffsubstraten wie Polyethylennaphthalat hergestellt werden kann. Im Vergleich zur glasbasierten Photovoltaik weisen flexible Geräte auf Naphthalatbasis aufgrund der geringeren Durchlässigkeit und des höheren Schichtwiderstands von Polyethylennaphthalat-Substraten einen geringeren Füllfaktor auf. Die Leistungsumwandlungseffizienz und die durchschnittliche sichtbare Durchlässigkeit blieben jedoch immer noch bei 6 Prozent und 23 Prozent.

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Der Wirkungsgrad kann durch den Einsatz der besten verfügbaren organischen Photovoltaik weiter verbessert werden. Diese Fensterbeschichtungsmaterialien stecken noch in den Kinderschuhen, aber die Forscher glauben, dass sie bald neue Türen für eine Vielzahl von Anwendungen öffnen werden.