最新研究：把窗户变成太阳能电池板
时间:2018-07-30 15:23来源:新民晚报 作者:胡德良
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在美国，住宅楼和办公楼占耗电量的75%，占整个能源使用量的40%。由于窗户泄漏能量，因此窗户是解决问题的重要环节。
美国科罗拉多州戈尔市登国家可再生能源实验室的太阳能专家兰斯·惠勒说：最近的系列研究成果指向同一个解决方案——把窗户变成太阳能电池板。过去，材料科学家已经将光吸收薄膜镶入玻璃窗中。但是，这种太阳能窗往往会有红色或褐色色调，建筑师们觉得没有吸引力。然而，新型太阳能窗技术几乎只能吸收不可见的紫外线和红外线，这样能使玻璃变得清澈透明，同时阻拦通常透过玻璃泄漏过去的紫外和红外辐射，这些辐射有时产生一些不必要的热量。惠勒说：通过在发电的同时减少热量排放，这种窗户“有着广阔的前景”，包括存在这种可能性——大型办公楼将能够自行供电。
大多数太阳能电池，就像在行业中占主导地位的标准晶体硅电池一样，为了使其效率最大化而牺牲了透明度。这里的效率是指阳光中的能量转化为电力的百分比。最高质量的硅电池效率为25%，而一类被称为“钙钛矿”的不透明太阳能电池材料的效率接近硅电池，最高效率为22%。钙钛矿不仅比硅更便宜，而且还可以通过调整化学成分的配比使其吸收特定频段的光线。
不久前，密歇根州立大学化学工程师理查德·伦特（Richard Lunt）领导的一个研究团队报道说：该团队对材料进行了调整，开发了一种吸收紫外线的钙钛矿太阳能窗，效率为0.5%。尽管这种太阳能窗的效率远远低于最佳性能的钙钛矿电池，但是伦特说它足以为另外一种太阳能窗技术提供电力：一旦需要可以使玻璃变暗，阻拦白天炎热时段的强烈光线，因而可以减少楼房对空调的需求。伦特认为：在接下来的几年中，他的团队会畅通无阻地使太阳能窗达到4%的效率。凭着这样的效率，这种电池可以为一些楼房的照明和空调提供电力。
光谱的另一端是红外光，它比紫外光更加强烈地照射着地球的表面，因此可以产生更多的电能。去年，伦特的团队在《自然-能源》杂志上报道说：该团队制造了一种透明的、吸收紫外线和红外线的电池，效率为5%，利用的是“有机光伏”技术——一种有机半导体和金属构成的夹层薄膜。伦特称，未来的系统将捕获紫外线的钙钛矿和捕获红外线的有机物结合起来，能够达到20%的效率，同时仍可实现几乎完全透明。
使太阳能窗透明的另一种方法需要依靠所谓的“发光太阳能聚光器”。这样的太阳能窗中使用了量子点，这些量子点是微小的半导体颗粒，吸收紫外和红外频段的光线，并且以传统太阳能电池能够捕获到的波长重新释放出来。重新释放的光线集中起来，通过玻璃侧向分流至镶嵌在窗框中的条状太阳能电池中。由于量子点制造起来便宜，而且只需要少量的太阳能材料来捕获重新释放出来的光线，这种太阳能窗在价格上有望比较便宜。1月份，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的化学家维克多·克里莫夫（Victor Klimov）及同事在《自然-光子学》杂志上报道说：这样的太阳能窗已经达到了3.1%的效率。
加州帕洛阿尔托市斯坦福大学太阳能窗专家兼钙钛矿专家迈克尔·麦吉（Michael McGehee）说：现在还不能不考虑半透明太阳能窗的事情。例如，去年美国能源部给予加州圣巴巴拉市的下一代能源技术公司250万美元，用于完善其半透明有机太阳能窗技术。这家公司的太阳能窗达到了7%的效率，利用的窗户能够吸收一半的入射阳光，包括可见光在内。跟透明的玻璃相比，可能暗了一些，但是由于吸收整个光谱的光线而不是特定频段的光线，并没有呈现出难看的红色或褐色色调。身为下一代能源技术公司顾问的麦吉说：“事实证明，吸收大约所有可见光的一半看起来是很不错的技术。”
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