Miljövänliga byggtrender har ökat populariteten för fönsterbeläggningar som håller nere kostnaderna för uppvärmning och kylning genom att blockera onödiga delar av solljus. De har också inspirerat forskare och ingenjörer att skapa tunna, genomskinliga solceller för att förvandla fönster till elgeneratorer i miniatyr. Forskare i Kina har gått ett steg längre och kombinerat dessa två funktioner till ett fönsterkompatibelt material som kan fördubbla energieffektiviteten hos ett genomsnittligt hushåll. Deras arbete visas den 3 juli i tidskriften Joule .

"Byggnadsintegrerade solceller är ett bra exempel på en marknad där kiselsolceller, trots deras billighet och prestanda, är inte de mest lämpliga på grund av deras tråkiga utseende och tyngd, " säger seniorförfattaren Hin-Lap Yip, professor i materialvetenskap och teknik vid South China University of Technology. "Istället, vi kan göra organiska solceller till halvtransparenta, lättvikt, och färgglada filmer som är perfekta för att förvandla fönster till elgeneratorer och värmeisolatorer."

Att konstruera en prototyp som samtidigt kan mata ut elektricitet och förhindra överdriven uppvärmning, forskarna – som dessutom leddes av Fei Huang, också en professor i materialvetenskap vid South China University of Technology – behövde utföra en trevägsbalansering mellan att skörda ljus för elproduktion, blockerar den för värmeisolering, och sända det som ett fönster normalt skulle göra. Blandning och matchning bland material och kemiska föreningar som tidigare föreslagits för dessa olika ändamål, de satte ihop en enhet som släppte igenom de välbekanta synliga delarna av solljus, vände tillbaka det infraröda ljuset (en stor uppvärmningsbov), och omvandlade det nära-infraröda området däremellan till en elektrisk ström.

Beräkningar på baksidan av kuvertet tyder på att i teorin, att installera fönster utrustade med dubbla elgenererande och värmeisolerande egenskaper kan minska ett genomsnittligt hushålls beroende av externa elektriska källor med över 50 %. Även om den uppskattningen antar att varje kvadrattum av varje fönster skulle vara panelad med multifunktionella solceller, det kräver bara en liten ökning av effektomvandlingsprestanda från siffran på 6,5 % som realiseras av Yip, Huang, och deras kollegor. "För denna demonstration, vi använder inte ens de bästa organiska solcellerna som finns på detta område. Deras effektivitet förbättras snabbt, och vi förväntar oss att kontinuerligt kunna förbättra prestandan för denna enhetliga solcellsfönsterfilm, " säger Yip.

Dessa material med dubbla funktioner är fortfarande mycket i sin linda, men författarna förväntar sig att de ska bana väg för ny nyttig teknik. "Att tillverka värmeisolerande multifunktionella semitransparenta polymersolceller är bara början på att utforska nya tillämpningar av organiska solceller, " säger Yip. "En version skräddarsydd för självdrivna växthus är bara en av många effektfulla produkter som vi vill utveckla för framtiden."