把窗戶變成太陽能電池板 新型太陽能窗技術(shù)吸收不可見的紫外線和紅外線

• 2018年8月14日 YaoEnHua來源：中國(guó)建材網(wǎng) 497 26
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在美國(guó)，住宅樓和辦公樓占耗電量的75%，占整個(gè)能源使用量的40%。由于窗戶泄漏能量，因此窗戶是解決問題的重要環(huán)節(jié)。

在美國(guó)，住宅樓和辦公樓占耗電量的75%，占整個(gè)能源使用量的40%。由于窗戶泄漏能量，因此窗戶是解決問題的重要環(huán)節(jié)。

美國(guó)科羅拉多州戈?duì)柺械菄?guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的太陽能專家蘭斯·惠勒說：近期的系列研究成果指向同一個(gè)解決方案——把窗戶變成太陽能電池板。過去，材料科學(xué)家已經(jīng)將光吸收薄膜鑲?cè)氩ＡТ爸?。但是，這種太陽能窗往往會(huì)有紅色或褐色色調(diào)，建筑師們覺得沒有吸引力。然而，新型太陽能窗技術(shù)幾乎只能吸收不可見的紫外線和紅外線，這樣能使玻璃變得清澈透明，同時(shí)阻攔通常透過玻璃泄漏過去的紫外和紅外輻射，這些輻射有時(shí)產(chǎn)生一些不必要的熱量?；堇照f：通過在發(fā)電的同時(shí)減少熱量排放，這種窗戶“有著廣闊的前景”，包括存在這種可能性——大型辦公樓將能夠自行供電。

大多數(shù)太陽能電池，就像在行業(yè)中占主導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)晶體硅電池一樣，為了使其效率更大化而犧牲了透明度。這里的效率是指陽光中的能量轉(zhuǎn)化為電力的百分比。更高質(zhì)量的硅電池效率為25%，而一類被稱為“鈣鈦礦”的不透明太陽能電池材料的效率接近硅電池，更高效率為22%。鈣鈦礦不僅比硅更便宜，而且還可以通過調(diào)整化學(xué)成分的配比使其吸收特定頻段的光線。

不久前，密歇根州立大學(xué)化學(xué)工程師理查德·倫特(RichardLunt)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道說：該團(tuán)隊(duì)對(duì)材料進(jìn)行了調(diào)整，開發(fā)了一種吸收紫外線的鈣鈦礦太陽能窗，效率為0.5%。盡管這種太陽能窗的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于更佳性能的鈣鈦礦電池，但是倫特說它足以為另外一種太陽能窗技術(shù)提供電力：一旦需要可以使玻璃變暗，阻攔白天炎熱時(shí)段的強(qiáng)烈光線，因而可以減少樓房對(duì)空調(diào)的需求。倫特認(rèn)為：在接下來的幾年中，他的團(tuán)隊(duì)會(huì)暢通無阻地使太陽能窗達(dá)到4%的效率。憑著這樣的效率，這種電池可以為一些樓房的照明和空調(diào)提供電力。

光譜的另一端是紅外光，它比紫外光更加強(qiáng)烈地照射著地球的表面，因此可以產(chǎn)生更多的電能。去年，倫特的團(tuán)隊(duì)在《自然-能源》雜志上報(bào)道說：該團(tuán)隊(duì)制造了一種透明的、吸收紫外線和紅外線的電池，效率為5%，利用的是“有機(jī)光伏”技術(shù)——一種有機(jī)半導(dǎo)體和金屬構(gòu)成的夾層薄膜。倫特稱，未來的系統(tǒng)將捕獲紫外線的鈣鈦礦和捕獲紅外線的有機(jī)物結(jié)合起來，能夠達(dá)到20%的效率，同時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)幾乎完全透明。

使太陽能窗透明的另一種方法需要依靠所謂的“發(fā)光太陽能聚光器”。這樣的太陽能窗中使用了量子點(diǎn)，這些量子點(diǎn)是微小的半導(dǎo)體顆粒，吸收紫外和紅外頻段的光線，并且以傳統(tǒng)太陽能電池能夠捕獲到的波長(zhǎng)重新釋放出來。重新釋放的光線集中起來，通過玻璃側(cè)向分流至鑲嵌在窗框中的條狀太陽能電池中。由于量子點(diǎn)制造起來便宜，而且只需要少量的太陽能材料來捕獲重新釋放出來的光線，這種太陽能窗在價(jià)格上有望比較便宜。1月份，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家維克多·克里莫夫(VictorKlimov)及同事在《自然-光子學(xué)》雜志上報(bào)道說：這樣的太陽能窗已經(jīng)達(dá)到了3.1%的效率。

加州帕洛阿爾托市斯坦福大學(xué)太陽能窗專家兼鈣鈦礦專家邁克爾·麥吉(MichaelMcGehee)說：現(xiàn)在還不能不考慮半透明太陽能窗的事情。例如，去年美國(guó)能源部給予加州圣巴巴拉市的下一代能源技術(shù)公司250萬美元，用于完善其半透明有機(jī)太陽能窗技術(shù)。這家公司的太陽能窗達(dá)到了7%的效率，利用的窗戶能夠吸收一半的入射陽光，包括可見光在內(nèi)。跟透明的玻璃相比，可能暗了一些，但是由于吸收整個(gè)光譜的光線而不是特定頻段的光線，并沒有呈現(xiàn)出難看的紅色或褐色色調(diào)。身為下一代能源技術(shù)公司顧問的麥吉說：“事實(shí)證明，吸收大約所有可見光的一半看起來是很不錯(cuò)的技術(shù)?！?/p>

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