數(shù)百年來，窗戶在我們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在，為我們的家園和工作場所帶來充足的自然光線。但如果這些窗戶也能發(fā)電呢？如果你家簡陋的窗戶可以為你的手機(jī)充電，或者燒水呢？
僅在美國就有50至70億平方米的玻璃，太陽能窗戶將成為一個(gè)很好地利用太陽能的方式。我們以此為目標(biāo)，展示了如何使太陽能電池板能夠像窗戶那樣通過足夠的光線。
可再生能源的經(jīng)濟(jì)適用性越來越受到歡迎。在澳大利亞和世界其他地區(qū)，硅太陽能電池已經(jīng)在屋頂市場占據(jù)主導(dǎo)地位。屋頂太陽能發(fā)電提供了一種越來越便宜和高效的發(fā)電方式。
但是，雖然屋頂很好，但這些硅板不透明且體積龐大。為了設(shè)計(jì)適合窗戶的太陽能電池，我們必須獨(dú)辟蹊徑。
當(dāng)我們將太陽能電池板放在屋頂上時(shí)，我們希望它吸收盡可能多的陽光，以便它可以產(chǎn)生最大的功率。對于一個(gè)窗戶來說，在吸收光線變成電力和透射光線之間不可避免地存在折衷，從而使我們?nèi)匀豢梢酝高^窗戶看到外面的世界。
考慮到要將電池用作窗戶，一個(gè)被稱為平均可見光透射率（AVT）的關(guān)鍵參數(shù)就不容忽視。AVT是透過可見光的百分比（相對于紅外線或紫外線等其他光），即從窗戶的一側(cè)穿過并出現(xiàn)在窗戶另一側(cè)光的百分比。
半透明的太陽能電池將部分陽光轉(zhuǎn)化為電，同時(shí)也允許一些光通過。
當(dāng)然，我們不希望太陽能窗戶吸收太多的光，以至于我們很難看到外面的世界。我們也不希望它透過太多的光線而很難產(chǎn)生太陽能。所以科學(xué)家們一直試圖在高發(fā)電效率和高透射率之間找到一個(gè)適中的平衡。
電壓的問題
25％的平均透射率通常被認(rèn)為是太陽能窗戶的最低標(biāo)準(zhǔn)。但是讓四分之一的光線穿過太陽能電池使得很難產(chǎn)生大量的電流，這就是為什么迄今為止半透明電池的效率很低。
需要注意的是，電力取決于兩個(gè)因素：電流和電壓。在我們最近的研究中，我們決定專注于提高電壓。我們仔細(xì)選擇了新的有機(jī)吸收材料，這些材料已被證明可在非透明電池中產(chǎn)生高電壓。
在使用半透明太陽能電池時(shí)，電壓同樣很高，并且透射率不會(huì)因?yàn)橥腹舛@著降低。因此，雖然電流降低，但與不透明電池相比，較高的電壓使我們能夠?qū)崿F(xiàn)比先前的半透明電池更高的效率。
有了這些，下一個(gè)關(guān)鍵的問題是：如果窗口是由我們的新半透明電池構(gòu)成的，窗戶會(huì)是什么樣子？
你看見我看到的了嗎？
如果你的朋友穿著紅色襯衫，當(dāng)你通過一個(gè)窗戶看到他們時(shí)，他們的襯衫看起來應(yīng)該是紅色。這似乎很明顯，因?yàn)槟莻€(gè)窗戶一定是玻璃窗。
但是因?yàn)榘胪该鞯奶柲茈姵匚樟宋覀冊诳梢姽庾V中看到的一些光線，所以我們需要更仔細(xì)地考慮這種顯色性能。我們可以通過計(jì)算所謂的顯色指數(shù)來測量電池如何準(zhǔn)確地呈現(xiàn)圖像。我們的調(diào)查表明，改變吸收層的厚度不僅會(huì)影響電池產(chǎn)生的電能，還會(huì)改變其準(zhǔn)確呈現(xiàn)顏色的能力。
一種具有前瞻性的方法可以得到很好的顯色指數(shù)，就是將有機(jī)吸收材料替換成吸收可見光范圍外太陽能量的材料。這意味著這種電池在人眼看來會(huì)和普通玻璃一樣，因?yàn)樘柲苻D(zhuǎn)換發(fā)生在紅外光的范圍內(nèi)。
下一步是？
到目前為止，我們只是在一個(gè)小的規(guī)模上創(chuàng)建了這種電池。在我們制造大型、高效率的太陽能窗之前，仍然存在幾個(gè)障礙。具體來說，用于從這些電池收集電荷的透明電極可能是脆性的并且含有銦等稀有元素。
如果科學(xué)技術(shù)能夠解決這些問題，大規(guī)模普及太陽能窗戶可能有助于增強(qiáng)可再生技術(shù)產(chǎn)生的電量。
因此，我們雖然還沒見到太陽能窗戶，但我們已經(jīng)接近到足以瞥見它們。
作者簡介：
Matthew Wright是新南威爾士大學(xué)光伏發(fā)電工程博士后研究員
Mushfika Baishakhi Upama是新南威爾士大學(xué)光伏與可再生能源工程方向的博士生
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