由于透明的太阳能电池,摩天大楼很快就会产生自己的能量

由于透明的太阳能电池,摩天大楼很快就会产生自己的能量

由东兰辛密歇根州立大学的科学家创建的太阳能窗口使用有机光伏技术达到了5%的效率。

RICHARD LUNT / MICHIGAN州立大学
由于透明的太阳能电池,摩天大楼很快就会产生自己的能量

Lance Wheeler看着玻璃般的摩天大楼,看到了未开发的潜力。 他说,房屋和办公楼占美国用电量的75%,占其总能耗的40%。 Windows,因为它们泄漏能量,是问题的重要组成部分。 “我们能做些什么来减轻这种影响将产生非常大的影响,”位于科罗拉多州戈尔登市的国家可再生能源实验室的太阳能专家Wheeler说。

最近的一系列结果指出了一个解决方案,他说:将窗户变成太阳能电池板。 过去,材料科学家已在窗户玻璃中嵌入了光吸收薄膜。 但是这种太阳能窗户往往具有红色或棕色色调,建筑师认为这种色彩没有吸引力。 然而,新的太阳能窗技术几乎完全吸收不可见的紫外线(UV)或红外线。 这使得玻璃透明,同时阻挡通常从其中泄漏的紫外线和红外线辐射,有时会产生不必要的热量。 通过在发电时减少热量增加,窗户“具有巨大的前景,”Wheeler说,包括大型办公楼可能为自己供电的可能性。

大多数太阳能电池,如主导工业的标准晶体硅电池,牺牲透明度以最大化其效率,太阳能转化为电能的百分比。 最好的硅电池效率为25%。 与此同时,一种名为钙钛矿的新型不透明太阳能电池材料正在硅上封闭,最​​高效率为22%。 钙钛矿不仅比硅更便宜,它们还可以通过调整化学配方来调整以吸收特定频率的光。

本周在Joule ,一个由东兰辛密歇根州立大学的化学工程师Richard Lunt领导的团队报告说,它调整了这些材料,开发出一种效率为0.5%的紫外吸收钙钛矿太阳能窗。 虽然它的水平低于最好的钙钛矿电池的效率,但伦特表示它足以支持另一种窗户技术:按需变暗的玻璃,可以在一天中的高温下阻挡强光,从而减少建筑物对空调的需求。 Lunt相信他的团队有明确的途径在未来几年内提高4%的效率。 按照这个速度,电池可以为建筑物的一些照明和空调供电。

在光谱的另一端是红外光,它比紫外光更强烈地撞击地球表面,因此可以产生更多的电力。 去年,在Nature Energy ,Lunt的团队报告说,它使用有机半导体和金属的“有机”光伏薄膜三明治制造了透明的紫外和红外吸收电池,效率为5%。 Lunt说,未来的系统将紫外捕获钙钛矿与红外捕获有机物结合起来可以达到20%的效率,同时仍然几乎完全透明。

清除太阳能窗的第三种方法依赖于所谓的发光太阳能聚光器。 在这些窗口中,量子点是微小的半导体粒子,吸收紫外和红外频率的光,并在传统太阳能电池捕获的波长处重新发射。 重新发射的光被集中并通过玻璃侧向分流到嵌入窗框中的太阳能电池条。 因为量子点制造起来便宜并且仅需要少量太阳能电池材料来捕获重新发射的光,所以这些太阳能窗口承诺便宜。 此外,太阳能电池在强烈的集中光下工作得更好。 新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的化学家Victor Klimov及其同事在1月份的“ 自然光子学”杂志上报道说,这些窗户的效率已达到3.1%。

加利福尼亚州帕洛阿尔托的斯坦福大学的太阳能窗户和钙钛矿专家Michael McGehee说,不要指望半透明的窗户。 例如,去年,美国能源部向位于加利福尼亚州圣巴巴拉市的Next Energy Technologies公司拨款250万美元,以完善其半透明有机太阳能电池窗户。 该公司已经达到了7%的效率,窗户吸收了一半的入射阳光照射它们,包括可见光。 与透明玻璃相比,它们会变暗,但是因为它们吸收光谱而不是特定频率的光,所以它们不会产生难看的微红或褐色色调。 “事实证明,在所有可见光谱中吸收大约一半光线的窗口看起来很棒,”McGehee说道,他也是公司的顾问。

Wheeler不确定哪种技术最终会占据优势。 一个因素是毒性:玻璃破碎,许多太阳能窗技术含有少量有毒物质。 根据建筑行业的要求,这些技术还必须足够耐用,可持续数十年。 但他表示,期望未来的建筑物不会从电网中获取所有电力是一种安全的选择。 他们也会产生它。 “无论如何,建筑商必须放入窗户,”惠勒说。 “为什么不背驮在那些窗户上?”