半透明的玻璃幕墙,会成为将来的太阳能电池?

2018-04-28 09:17 来源: 环球科技 

  当你在阅读这篇文章的时候,你是否能注意到身边的窗户?

  数百年来,窗户在我们日常生活中无处不在,为我们的家园和工作场所带来充足的自然光线。但如果这些窗户也能发电呢?如果你家简陋的窗户可以为你的手机充电,或者烧水呢?

  仅在美国就有50至70亿平方米的玻璃,太阳能窗户将成为一个很好地利用太阳能的方式。我们以此为目标,展示了如何使太阳能电池板能够像窗户那样通过足够的光线。

  可再生能源的经济适用性越来越受到欢迎。在澳大利亚和世界其他地区,硅太阳能电池已经在屋顶市场占据主导地位。屋顶太阳能发电提供了一种越来越便宜和高效的发电方式。

  但是,虽然屋顶很好,但这些硅板不透明且体积庞大。为了设计适合窗户的太阳能电池,我们必须独辟蹊径。

  当我们将太阳能电池板放在屋顶上时,我们希望它吸收尽可能多的阳光,以便它可以产生最大的功率。对于一个窗户来说,在吸收光线变成电力和透射光线之间不可避免地存在折衷,从而使我们仍然可以透过窗户看到外面的世界。

  考虑到要将电池用作窗户,一个被称为平均可见光透射率(AVT)的关键参数就不容忽视。AVT是透过可见光的百分比(相对于红外线或紫外线等其他光),即从窗户的一侧穿过并出现在窗户另一侧光的百分比。

  半透明的太阳能电池将部分阳光转化为电,同时也允许一些光通过。

  当然,我们不希望太阳能窗户吸收太多的光,以至于我们很难看到外面的世界。我们也不希望它透过太多的光线而很难产生太阳能。所以科学家们一直试图在高发电效率和高透射率之间找到一个适中的平衡。

  电压的问题

  25%的平均透射率通常被认为是太阳能窗户的最低标准。但是让四分之一的光线穿过太阳能电池使得很难产生大量的电流,这就是为什么迄今为止半透明电池的效率很低。

  需要注意的是,电力取决于两个因素:电流和电压。在我们最近的研究中,我们决定专注于提高电压。我们仔细选择了新的有机吸收材料,这些材料已被证明可在非透明电池中产生高电压。

  在使用半透明太阳能电池时,电压同样很高,并且透射率不会因为透光而显着降低。因此,虽然电流降低,但与不透明电池相比,较高的电压使我们能够实现比先前的半透明电池更高的效率。

  有了这些,下一个关键的问题是:如果窗口是由我们的新半透明电池构成的,窗户会是什么样子?

  你看见我看到的了吗?

  如果你的朋友穿着红色衬衫,当你通过一个窗户看到他们时,他们的衬衫看起来应该是红色。这似乎很明显,因为那个窗户一定是玻璃窗。

  但是因为半透明的太阳能电池吸收了我们在可见光谱中看到的一些光线,所以我们需要更仔细地考虑这种显色性能。我们可以通过计算所谓的显色指数来测量电池如何准确地呈现图像。我们的调查表明,改变吸收层的厚度不仅会影响电池产生的电能,还会改变其准确呈现颜色的能力。

  一种具有前瞻性的方法可以得到很好的显色指数,就是将有机吸收材料替换成吸收可见光范围外太阳能量的材料。这意味着这种电池在人眼看来会和普通玻璃一样,因为太阳能转换发生在红外光的范围内。

  下一步是?

  到目前为止,我们只是在一个小的规模上创建了这种电池。在我们制造大型、高效率的太阳能窗之前,仍然存在几个障碍。具体来说,用于从这些电池收集电荷的透明电极可能是脆性的并且含有铟等稀有元素。

  如果科学技术能够解决这些问题,大规模普及太阳能窗户可能有助于增强可再生技术产生的电量。

  因此,我们虽然还没见到太阳能窗户,但我们已经接近到足以瞥见它们。

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