美國密歇根州立大學(xué)(MSU)的一組研究人員開發(fā)出一種完全透亮的太陽能電池板，這一沖破可以使用在建筑范疇以及移動(dòng)電子或汽車行業(yè)等其他范疇。

趙一木(音)專家舉起透亮的發(fā)光太陽能聚光器模塊–攝影：趙一木

MSU團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種透亮的太陽能電池板(TLSC)，可以將其放置在窗戶或任何其他透亮表面上。聚光器可以收集太陽能而不會(huì)影響光透射率。該技術(shù)使用有機(jī)分子吸收人眼不可見的光的波長，例如紅外線和紫外線。

圖中顯示了透亮的太陽能電池板，背景中有彩色的傳統(tǒng)太陽能電池板。新的LSC可以萌生太陽能，但在窗戶或其他透亮表面上看不到–由密歇根州立大學(xué)供應(yīng)，攝影：GLKohuth

我們可以對這些材料進(jìn)行調(diào)諧，使其僅吸收紫外線和近紅外波長的光線，然后在紅外光中的另一個(gè)波長上'發(fā)光'–理查德倫特(RichardLunt)，密歇根州立大學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程和材料科學(xué)助理教授。捕獲的能量被傳輸?shù)矫姘宓妮喞诖私柚夥柲茈姵氐膮R流條將其轉(zhuǎn)換為電能。

化學(xué)工程和材料科學(xué)的博士生趙一木(音)和化學(xué)工程和材料科學(xué)的助理教授理查德倫特，攝影：GLKohuth

技術(shù)原理

從科學(xué)上講，透亮的太陽能電池板有點(diǎn)矛盾。太陽能電池，特別是光伏電池，通過吸收光子(陽光)并將其轉(zhuǎn)換為電子(電)來萌生能量。倘若材料是透亮的，意味著所有的光通過的通過介質(zhì)到達(dá)您的眼睛。這就是為甚么往日的透亮太陽能電池實(shí)際上只是部分透亮的原由，即便如此，它們通常也會(huì)投射出五顏六色的陰影。

為了克服這一限制，密歇根州立大學(xué)的研究人員使用了一種略有不同的技術(shù)來收集陽光。他們沒有嘗試創(chuàng)建透亮的光伏電池(這幾乎是不可能的)，而是使用透亮的發(fā)光太陽能聚光器(TLSC)。發(fā)光太陽能聚光器(LSC)是一塊透亮的塑料或玻璃，上面嵌入或涂有熒光染料或量子點(diǎn)。染料吸收光，然后發(fā)出熒光，萌生一種輝光，該輝光通過全內(nèi)反射傳播到薄板的邊緣，在那里，光被狹窄的太陽能電池吸收。這是一項(xiàng)很有前途的技術(shù)，因?yàn)樗梢允占竺娣e的幾乎透亮的玻璃，而使用面積較小的昂貴的太陽能電池。聚集系數(shù)是孔與邊緣的比率。可以調(diào)整發(fā)光材料以在某些波長(例如紫外線UV)吸收，并在較長的波長處重新發(fā)射，在更長的波長處，硅的吸收是最佳的。[研究論文：DOI：10.1002/adom.201400103–近紅外收集透亮發(fā)光太陽能聚光器]

倘若仔細(xì)觀察，您會(huì)在材料塊的邊緣看到幾個(gè)黑條。但是，活性有機(jī)材料以及整個(gè)太陽能電池板都是高度透亮的。

TLSC原型目前的效率約為1%，但他們認(rèn)為一旦開始加工，就有可能達(dá)到10%。非透亮的發(fā)光聚光器最約莫為7%。這些數(shù)字本身并不是一個(gè)很大的數(shù)字，但是從更大的角度來看(房屋或辦公大樓中的每個(gè)窗戶)，這些數(shù)字是可以累加的。而且，雖然我們可能不是在討論一種可以使您的智能手機(jī)或平板電腦無限期運(yùn)行的技術(shù)，但用TLSC替換設(shè)備的顯示屏可以為您節(jié)省幾分鐘或幾個(gè)小時(shí)的電池使用時(shí)間。

倫特在接受密歇根州立大學(xué)今日博客采訪時(shí)說：它開辟了很多區(qū)域，以非侵入性的方式部署太陽能。它可以用于帶有許多窗戶的高層建筑，或任何要高美學(xué)質(zhì)量的移動(dòng)設(shè)備，例如電話或電子閱讀器。最終，我們要制造甚至不了解在那里的太陽能集熱表面。

研究人員相信，該技術(shù)可以一直擴(kuò)展到從大型工業(yè)和商業(yè)使用到消費(fèi)設(shè)備，并保持價(jià)格合理。迄今為止，大規(guī)模采用太陽能的最大障礙之一是太陽能電池板的侵入性和損害美觀顯然，倘若我們能夠從看起來像一般玻璃板的玻璃和塑料板中萌生大量太陽能，和塑料，那將是不可思議的。

這一發(fā)展將使建筑物的外墻得到最大的利用，因?yàn)榇怪备叨韧ǔ１任蓓數(shù)囊螅绕涫怯嘘P(guān)玻璃幕墻建筑。因此，在不更改建筑設(shè)計(jì)的情況下，透亮太陽能面板的太陽能收集將，該技術(shù)可以輕松地集成到舊建筑物中。

早期的研究

早在2011年，還是麻省理工學(xué)院電子研究試驗(yàn)室的博士后研究員得理查德倫特博士就已經(jīng)開始開展這方面的研究。當(dāng)年他在接受《》采訪時(shí)說：我們認(rèn)為將它們整合到高層建筑中的潛力很大。

先前對透亮太陽能電池的嘗試要么未能實(shí)現(xiàn)高效率，要么阻擋了太多的光而無法在窗戶中使用。但是，這種新型電池基于類似于染料和顏料的有機(jī)分子，被定制為僅吸收近紅外光譜，并且有潛力以相對較高的效率將光轉(zhuǎn)化為電能。

在開發(fā)新型太陽能電池的商業(yè)使用中，最大的挑戰(zhàn)將是壽命。單元格可以包裝在雙窗格式窗口的中間，這將供應(yīng)對元素的保護(hù)。但是，電池的壽命依然要接近窗戶本身的壽命，幾十年后才可以更換。

麻省理工學(xué)院電氣工程學(xué)教授弗拉基米爾布洛維奇(Vladimirbulovic)說：要使該功能真正有用，就非得延長其使用壽命，并確保其使用壽命至少達(dá)到20年，甚至更長。布洛維奇先生說，先前為延長與有機(jī)太陽能電池具有特性的有機(jī)發(fā)光二極管或LED的壽命所做的工作聲明，壽命并不是一個(gè)特別困難的問題。他說：目前看來，這是一個(gè)工程問題。我希望在十年內(nèi)將處理這些問題。

倘若電池可以制造得很耐用，則它們可以相對便宜地集成到窗戶中，因?yàn)槌Ｒ?guī)光伏電池的大部分成本不是來自太陽能電池本身，而是來自安裝在鋁和玻璃上的材料。用太陽能電池涂覆現(xiàn)有結(jié)構(gòu)將消除一些材料成本。

倫特博士說，倘若透亮電池最終證明在商業(yè)上可行，那么它們萌生的能量將大大抵消大型建筑物的能源消耗。

目前，該團(tuán)隊(duì)正在努力提高能源加工效率，目前該效率為1%。目標(biāo)是超過5%。倘若開發(fā)成功，那么該材料的使用潛力將是無限的。密蘇里州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成員包括趙一木，本杰明萊文和加勒特米克。