Ein Forscherteam unter Leitung der Universität Nanjing hat einen transparenten, farblosen und unidirektionalen Solarkonzentrator vorgestellt, der direkt auf Standard-Fensterglas aufgebracht werden kann. Durch die Verwendung von cholesterischen Flüssigkristall-Multischichten (CLC) mit lateralen Periodizitäten im Submikronbereich lenkt dieser diffraktive Solarkonzentrator (CUSC) das Sonnenlicht selektiv auf den Rand des Fensters, wo die Photovoltaikzellen installiert sind. Die Studie erscheint in PhotoniX.
Im Gegensatz zu herkömmlichen lumineszierenden oder auf Streuung basierenden Konzentratoren, die oft unter optischer Verzerrung, geringer Effizienz und schlechter Skalierbarkeit leiden, erreicht der neue CUSC eine breitbandige polarisationsselektive Beugung und Wellenleitung, ohne die Klarheit zu beeinträchtigen. Das Gerät hat eine hohe durchschnittliche Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich (64,2 %) und einen hohen Farbwiedergabeindex (91,3), was eine saubere Energieerzeugung ermöglicht, ohne das Aussehen des Fensters zu verändern.
„Indem wir die Struktur von cholesterischen Flüssigkristallfilmen verändern, schaffen wir ein System, das zirkular polarisiertes Licht selektiv beugt und es in steilen Winkeln in den Glaswellenleiter leitet“, sagt Dr. Dewei Zhang, Co-Erstautor. „Dadurch können bis zu 38,1 % der einfallenden grünen Lichtenergie an der Kante gesammelt werden.“
Credits
Zentrum für Flüssigkristalle und Photonik Universität Nanjing
Experimente zeigten, dass ein Prototyp mit einem Durchmesser von 1 Zoll einen 10-mW-Ventilator direkt mit Sonnenlicht versorgen kann. Modellrechnungen legen nahe, dass ein typisches 2 Meter breites CUSC-Fenster das Sonnenlicht um das 50-fache bündeln könnte, was die Anzahl der erforderlichen Photovoltaikzellen um bis zu 75 % reduzieren würde. Das System unterstützt die Integration mit Hochleistungs-PV-Zellen wie Galliumarsenid für eine verbesserte Energieumwandlung.
Die mehrschichtigen CLC-Folien werden mit Hilfe von Fotoausrichtungs- und Polymerisationstechniken hergestellt und sind durch die Herstellung von Rolle zu Rolle skalierbar. Das Design bleibt auch bei langfristiger Exposition stabil und kann bei bestehenden Fenstern nachgerüstet werden, um die Stadt nachhaltig aufzuwerten.
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