玻璃窗发电？ 不再是异想天开

 

       艳阳高照时，屋子里的每一扇玻璃窗都会成为发电机，可以在炎炎夏日为空调提供电力，或者在寒冬给房间里的热水器供电。

       在量子点发光太阳能聚光器技术被发明后，用玻璃窗捕获阳光并转化为可用电源，这将不再是异想天开。这种新兴的太阳能转化设备——发光太阳能聚光器(LSC)能把几乎透明的玻璃窗变成发电机，为人们提供电能。

 

 

       LSC技术

       

       “这项新兴技术是将一部分透射光分散在玻璃窗上，被纳米粒子(半导体量子点)吸收，然后重新发射出肉眼看不见的红外波长，再被传导到窗户边框上的太阳能电池上。” 洛斯阿拉莫斯国家实验室首席研究员维克多·克里莫夫说。

       克里莫夫供职的阿拉莫斯国家实验室隶属美国能源部，成立于1943年成立，世界上第一颗原子弹和氢弹就在这里诞生。该实验室与意大利米兰比可卡大学等单位的研究人员一起，在最新一期的《自然·纳米技术》杂志上发表了《采用无重金属胶体状量子点的高效大面积无色发光太阳能聚光器》一文，此文讲述了该技术的最新研究成果。

       意大利研究团队首席研究员塞尔吉奥·布罗维尼则表示，这种量子点太阳能技术，在中短期内便可产业化，不仅能把屋顶转变为太阳能发电机，还会改变到城市整体的建筑风格。

 

       LSC模拟图

       “对于人口密集的城市地区，这尤为重要，要想收集够建筑内外所需的能源，仅仅靠屋顶是远远不够的”，布罗维尼说。该研究团队估计，该项技术如应用于纽约世界贸易中心7.2万平方米的玻璃幕墙，将其分为1.2万扇窗户，可能生成相当于超过350套公寓所需要的电力。

 

       另外，布罗维尼还表示，这项技术也是促使城市朝向零能耗的环保目标迈进的推动力之一。

 

       量子点发光太阳能聚光器还具有节能作用，其过滤效果能降低室内温度，这也意味着可以减少空调的运转时间。

 

 

       照射区域与背面反射的效果

       这项新技术在去年4月还仅停留在“纸上谈兵”。当时，这个合作研究团队在理论上得出结论：由于发光太阳能聚光器是基于有毒的重金属镉制成，只能够吸收一小部分的太阳能，设备捕光的效率并不高，还会使设备留有深黄色或红色痕迹，因此，该复合量子点设备目前并不适合在对审美有要求的现实场景之中。

       “为了让这个技术尽快从实验室走出来，我们必须得尽快研发出能捕获整个太阳光谱且无毒的聚光器。”比可卡大学材料科学系物理学教授弗朗西斯科说。

       研究人员尝试用其他方法来解决着色的问题。新的设备使用了一个复杂的组合物，简称为CISeS，包括了铜(Cu)、铟(In)、硒(Se)和硫(S)等元素。“这些粒子不含任何有毒的金属。”克里莫夫解释说，“CISeS的量子点提供了统一的太阳光谱覆盖面，增加了具有中性色调的窗户，颜色也没有任何失真感。”此外，他还强调，新的装置发射的近红外光肉眼不可见，非常适合最常见晶硅太阳能电池。

  

       表面嵌入多晶硅太阳能电磁阵列

 

       在制造过程中，需要把量子点封装在一个高光学品质的透明聚合物基体内。研究人员使用了一个交叉结合的聚十二基异丁烯酸盐，其属于丙烯酸酯类聚合物，它的长侧链可防止量子点的凝聚，并为其提供“友好”的环境，保持量子点光散发的高效特性。

       在保证与真正窗户尺寸兼容高光电效率的同时，“审美因素对于一项新兴技术的期望也是至关重要的。”弗朗西斯科说。

       成本则是另外一个需要解决的问题。“目前采用的材料来制造量子点比之前的材料便宜很多，在使用低成本、低风险的量子点组成混合物CISeS，克服了对这种技术商业化的又一障碍。”曾在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的博士后、目前量子点领域的企业家(UbiQD创始人和总裁)亨特·麦克丹尼尔补充说道。