近日，一種新興的太陽能轉(zhuǎn)化設(shè)備——發(fā)光太陽能聚光器走進(jìn)了人們的視野，該設(shè)備能讓一扇幾乎透明的窗戶成為發(fā)電機(jī)，為人們供應(yīng)能源。而其最近在技術(shù)上的一項突破使得其環(huán)境毒性大幅度降低，提升了捕光效率并改善了顏色失真問題。這項技術(shù)突破使得發(fā)光太陽能聚光器技術(shù)的市場化運(yùn)營成為了可能，未來將勢必走進(jìn)人們的身邊。

艷陽天把任何一扇窗戶變成可用的電源，這并非突發(fā)奇想，采用量子點的發(fā)光太陽能聚光器技術(shù)已把這種想法變成了現(xiàn)實。

是窗戶，亦是電源

發(fā)光太陽能聚光器(LSC)是一項新興的捕獲陽光的技術(shù)，有可能顛覆我們對能源的思考和利用方式。美國能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室與意大利米蘭比可卡大學(xué)等單位研究人員組成的聯(lián)合團(tuán)隊，在最新一期的《自然·納米技術(shù)》雜志上發(fā)表了以《采用無重金屬膠體狀量子點的高效大面積無色發(fā)光太陽能聚光器》為題的研究成果。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室首席研究員維克多·克里莫夫說：“在這種新的設(shè)備中，通過窗戶的一部分透射光被分散在玻璃窗上的納米粒子(半導(dǎo)體量子點)吸收，然后重新發(fā)射出人的肉眼看不見的紅外波長，這些波被引導(dǎo)到窗戶邊上的太陽能電池上。”使用這種設(shè)計，艷陽天里一扇幾乎透明的窗戶即會成為一個發(fā)電機(jī)，可以在大熱天為空調(diào)供應(yīng)電力，或者在寒冬給房間里的熱水器供電。

既無色，也無毒

2014年四月，這個合作研究團(tuán)隊從理論上證明，應(yīng)用的復(fù)合量子點設(shè)備不適合現(xiàn)實世界的應(yīng)用程序，因為它們是基于有毒的重金屬鎘制成，并且只能夠吸收一小部分的太陽能，這導(dǎo)致了有限的捕光效率，并使集中器上會有深黃色或紅色痕跡。

在描述這個新興的研究時，比可卡大學(xué)材料科學(xué)系物理學(xué)教授弗朗西斯科指出：“為了讓這個技術(shù)盡快從實驗室走出來，到可持續(xù)性建筑中充分發(fā)揮潛力，就必須實現(xiàn)能夠捕獲整個太陽光譜的無毒聚光器。”

于是，研究人員更新方法來解決著色的問題。克里莫夫解釋說：“新的設(shè)備使用了一個復(fù)雜的組合物，通常被簡稱為CISeS，包括銅(Cu)、銦(In)、硒(Se)和硫(S)。重要的是，這些粒子不含任何有毒的金屬。

他強(qiáng)調(diào)，CISeS的量子點供應(yīng)了一個統(tǒng)一的太陽光譜覆蓋面，從而新增了具有中性色調(diào)的窗戶，顏色也沒有任何失真感。此外，它們發(fā)射的近紅外光是人的肉眼看不見的，非常適合最常見的基于硅的太陽能電池。

效率高，成本低

這項成果的一個關(guān)鍵優(yōu)勢，是在程序上完全可以與用于裝配高質(zhì)量聚合物窗戶的電池鑄造的工業(yè)方法相媲美。在制造過程中，要把量子點封裝在一個高光學(xué)品質(zhì)的透明聚合物基體內(nèi)。研究人員使用了一個交叉結(jié)合的聚十二基異丁烯酸鹽，其屬于丙烯酸酯類聚合物，它的長側(cè)鏈可防止量子點的凝聚，并給它們供應(yīng)“友好”的環(huán)境，以允許其封裝到聚合物上而保持量子點光散發(fā)的高效特性。

弗朗西斯科說：“我們?nèi)匀灰３謧鬏斕胤N發(fā)光的關(guān)鍵能力，并且沒有吸收的損耗，以彌補(bǔ)與真正窗戶尺寸兼容的高光電效率。而審美因素關(guān)于一項新興技術(shù)的期望也是至關(guān)重要的。”

以前在洛斯阿拉莫斯國家實驗室工作的博士后、目前量子點領(lǐng)域的公司家(UbiQD創(chuàng)始人和總裁)亨特·麥克丹尼爾補(bǔ)充說：“剩下的工作是解決降低成本的問題，現(xiàn)在這種材料制造量子點比之前的材料要便宜多了。我們用一類新的低成本、低風(fēng)險的量子點組成混合物CISeS，克服了對這種技術(shù)進(jìn)行商業(yè)部署的一些最大的路障。”

既節(jié)能，又環(huán)保

意大利研究團(tuán)隊首席研究員塞爾吉奧·布羅維尼說：“對這種量子點太陽能窗戶技術(shù)，我們只在一年前展示了其可行性，而目前在現(xiàn)實中，中短時間內(nèi)便可以轉(zhuǎn)移到產(chǎn)業(yè)中，不僅允許我們把屋頂轉(zhuǎn)變?yōu)樘柲馨l(fā)電機(jī)，還會改變到城市整體的建筑風(fēng)格，包括窗戶。”

他說：“關(guān)于人口密集的城市地區(qū)，這是特別重要的，要想收集建筑要的所有能源，屋頂還是太小了。”該研究團(tuán)隊估計，用此項技術(shù)取代摩天大樓不具有電源功能的玻璃，如紐約世界貿(mào)易中心(把7.2萬平方米分為1.2萬扇窗戶)，這將有可能生成相當(dāng)于超過350套公寓所要的能源。

布羅維尼說：“這樣的量子點發(fā)光太陽能聚光器本身還能夠節(jié)能，其過濾效果可以減少空調(diào)所要的電力，降低室外陽光照進(jìn)屋內(nèi)造成的增溫。由此，這項技術(shù)能潛在地促使城市朝向零能耗的環(huán)保目標(biāo)邁進(jìn)。”