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玻璃窗也能发电?国外已经开始使用

出处:www.cqchjd.com发布时间:2015-09-16

玻璃窗也能发电?国外已经开始使用

利用量子点发光太阳能聚光器技术,可以让纽约世界贸易中心7.2万平方米玻璃幕墙,产生超过相当于350套公寓所需要的电力。

图片来源:CFP

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


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