پنجره‌های هوشمند smart window جدید در نور خورشید تیره می‌شوند- و همزمان برق تولید می‌کنند
به لطف خانواده‌ی نوظهوری از مواد بلورین به نام پرووسکیت، انرژی خورشیدی در سال‌های اخیر دستخوش انقلابی شده است. در حال حاضر، پرووسکیت‌ها پنجره‌ها را متحول کرده‌اند، آنها را در روزهای سرد سال شفاف نگاه می‌دارند، اما آنها را در نور خورشید و تابستان داغ تیره نگاه می‌دارند.
دو گروه تحقیقاتی گزارش دادند که پنجره‌های smart window با روکش پرووسکیت ایجاده کرده‌اند که نه تنها براساس درما تغییر می‌کنند بلکه مانند سلول‌های خورشیدی انرژی استخراج می‌کنند.
یک روز فرا می‌رسد که این فناوری جدید از طریق دور کردن نور خورشید به خنک کردن ساختمان‌ها و تولید انرژی برای بوت کردن کمک می‌کنند.
چندین دهه است که پنجره‌های هوشمند smart window شفاف و مات می‌شوند. مثلا، هواپیمای بوئینگ 787 از پنجره‌های به اصطلاح الکتروکرومیک استفاده می‌کند که برای تیره شدن به منبع انرژی از بیرون هواپیما نیاز دارد.
اما چنین پنجره‌هایی به دلیل هزینه‌ی بالاترشان، بی‌ثباتی در توانایی بلوکه کردن نور بیرون و نیازشان به منبع برق از خارج تاثیر قابل‌توجهی در بازار ساختمان سازی نداشته‌اند.
اما پرووسکیت‌ها بطور همزمان زمینه را برای استفاده از پنجره‌های هوشمند smart windows و پنجره‌های خورشیدی مهیا می‌کنند.
پرووسکیت‌ها موادی هستند که از ترکیبی از عناصر با ساختار بلوری خاص ساخته می‌شوند و سلول‌های خورشیدی ساخته شده از آنها در تبدیل نور خورشید به برق مانند پنل‌های خورشیدی سیلیکونی کارآمد هستند: بهترین آنها بیش از 22 درصد از انرژی را در نور خورشید به برق تبدیل می‌کنند، در مقایسه با 25 درصد از انرژی برای سیلیکون. با تغییر اجزای اصلی پرووسکیت‌ها، محققان نیز می‌توانند شفافیت آنها را کنترل کنند. مهمتر از همه، مواد اولیه برای پرووسکیت‌ها بسیار ارزان‌تر از سلول‌های خورشیدی فعلی هستند.
اولین پیشرفت:
اولین پیشرفت در ترکیب این ویژگی‌ها در نوامبر سال 2017 رخ داد، یعنی زمانی که محققان گزارش کردند یک پنجره‌ی خورشیدی پرووسکیت مبتنی بر سرب ساخته‌اند که وقتی دما به 60 درجه سانتی‌گراد می‌رسد از حالت شفاف به مات تغییر می‌کنند.
در دماهای خنک‌تر، پرووسکیت در مرکز سلول خورشیدی با یک ترکیب ارگانیک به نام متیل‌آمین ترکیب می‌شود. وقتی هوا گرم شود، متیل‌آمین تبخیر می‌شود و از پرووسکیت دور می‌شود، در نتیجه شیشه را تاریک می‌کند و نور خورشید جذب می‌شود. وقتی گرما از بین برود، یا حتی نور خورشید کم شود یا در طول زمستان، بخار متیل‌آمین به پرووسکیت باز می‌گردد و دوباره پنجره را شفاف می‌سازد.
پرووسکیت گرم شده تا 11.3 درصد از انرژی خود را به برق تبدیل می‌کند.
بااین‌حال، این پنجره‌ها smart window اشکالاتی هم دارند. بزرگترین اشکال این است که کارآیی سلول‌های خورشیدی بعد از چند بار تغییر کاهش می‌یابد، زیرا متیلامین نمی‌تواند بطور کامل پرووسکیت را به ساختار بلورین اولیه‌اش بازگرداند.
در حال حاضر، یانگ در نیچر متریال گزارش کرده است که تیم‌اش یک پنجره‌ی خورشیدی پرووسکیت مبتنی بر سزیم ساخته است که وقتی گرم می‌شود و بدون متیلامین، مات می‌شود و برق تولید می‌کند.
این قابلیت به پنجره smart window امکان می‌دهد بارها بدون کاهش کارآیی و عملکرد از حالت مات به شفاف و بالعکس تغییر کند.
جدیدترین پنجره‌های خورشیدی هنوز نقاط‌ضعفی دارند. برای تازه‌واردها، از حالت شفاف به مات تغییر نمی‌کنند، مگر اینکه تا بیش از 100 درجه سانتی‌گراد گرم شوند. علاوه‌براین، کارآیی‌شان فقط 7 درصد است، یعنی کمتر از سلول‌های خورشیدی متعارف.
به گفته‌ی مک‌گیهی، پنجره‌های پرووسکیت علاوه بر ثبات و کارآیی، وقتی مات می‌شوند هاله‌ای از رنگ قرمز پیدا می‌کنند. وی معتقد است این مسئله مهم است، زیرا بیشتر سازندگان از استفاده از پنجره‌های رنگی اجتناب می‌کنند.
