Az ablakot egy félig áttetsző perovszkit napelem cella és egy többrétegű nanofotonos bevonat integrálásával hozták létre, írta az alternativenergia.hu  Az eszközt, amelyet a Maximizing Solar Energy Utilization through Multicriteria Pareto Optimization of Energy Harvesting and Regulating Smart Windowscímű, a Cell Reports Physical Science folyóiratban tettek közzé, olyan energiát termelő okosablakként írták le, amelyet félig áttetsző, ólmot és halogenideket tartalmazó perovszkit napelem cellákból és többrétegű fotonikus szerkezetekből építettek, és rétegről-rétegre haladva forgatással felvihető bevonattal látnak el. „Azért választottuk az ólmot és halogenideket tartalmazó perovszkitot, mert képes a napfény széles spektrumának felhasználására, és mert ennél egyszerűen megőrizhető a látható fény áttetszősége” – fogalmaztak a tudósok.

A fejlesztők szerint a tervezésre vonatkozó keret rugalmas, a testre szabást az optimalizáló algoritmuson keresztül érik el, amely közlésük szerint képes maximalizálni az épület energiahatékonyságát, miközben figyelembe veszi a megvilágításra és a hőmérsékletre vonatkozó igényeket. „A kívánt megvilágítás elérése érdekében szabályozni tudjuk a helyiségbe jutó napfény mennyiségét, ugyanakkor kezeljük az épület által fűtésre és hűtésre felhasznált energia mennyiségét” – mondta a társszerző Wei Chen.

Adaptálható

Az eszközről azt írták, hogy adaptálható a változó szezonális és geometriai energiaigényhez. „Nyáron a napfényből az infravörös tartomány közelébe tartozó sugárzás áteresztésének csökkentése hatékonyan szabályozhatja ennek a belső tér fűtéséhez történő hozzájárulását, és ezzel csökkentheti a beltéri hűtéshez szükséges energiafogyasztást” – írták a tudósok. Télen az okosablak lehetővé teszi az infravörös tartomány közelébe tartozó sugárzás áteresztésének növelését, ezzel elősegíti, hogy a napenergia fűtse a belső teret, és csökken a beltér hűtéshez felhasznált energia mennyisége. „Mindkét forgatókönyv esetében az okosablak elektromos energiaként hasznosítja a napenergiát, hogy maximalizálja az épület általános energiahatékonyságát” – állítja a csoport.

A perovszkit cella vizsgálatát az AM szabvány szerinti 1,5 G megvilágítás és 23 Celsius fokos környezeti hőmérséklet mellett végezték, ehhez egy 140 nm-es fluorral szennyezett ón-oxid elektródát, egy 20 nm-es titán-dioxidból készült, elektronokat blokkoló réteget, egy 40 nm-es perovszkit réteget, egy 30 nm-es ún. spiro-OMeTAD hole-blocking layer használtak – ez utóbbi olyan anyag, amelyet rendszerint szilárd halmazállapotú festék napelem cellák és perovszkit eszközök lyukszállító anyagaként használnak – és egy 10 nm vastagságú, hátul ezüst bevonatú elektródát.

A cellára felvitt szabálytalan-többrétegű nanofotonikus bevonatot úgy tervezték, hogy megszabja a napfény hullámhossztól függő áteresztését és visszaverődését. „A nap különböző állását számításba véve úgy terveztük meg a szabálytalan-többrétegű nanofotonikus bevonat napfény hullámhossztól függő áteresztését, hogy alkalmazkodjon a beltéri hűtésre és fűtésre vonatkozó szezonális igényeknek” – közölték a tudósok.

Szimuláció

Phoenix városában, Arizona államban végeztek szimulációt egy 185 négyzetméteres tetővel rendelkező lakóépületen; a kutatók azt állapították meg, hogy az eszköz évi 20,81 MWh éves energiamegtakarítás elérésére képes az alacsony kibocsátású ablakokkal összehasonlítva; 13,56 MWh megtakarítására a kromogén okosablakokhoz képest; és 1,24 MWh megtakarítására a hagyományos, félig áttetsző napelem cellán alapuló ablakhoz képest. „A jövőre vonatkozóan fontolóra vesszük ennek a technológiának a rugalmas formában történő kifejlesztését, így az okosablakok anyagai utólag felszerelhetők lennének a más meglévő ablakokra” – tette hozzá a csoport.