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發(fā)光太陽(yáng)能聚光器—把窗戶(hù)變成電源？
發(fā)布日期：2017-04-21 13:29:06
近日，一種新興的太陽(yáng)能轉化設備——發(fā)光太陽(yáng)能聚光器走進(jìn)了人們的視野，該設備能讓一扇幾乎透明的窗戶(hù)成為發(fā)電機，為人們提供能源。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(wèn)題。這項技術(shù)突破使得發(fā)光太陽(yáng)能聚光器技術(shù)的市場(chǎng)化運營(yíng)成為了可能，未來(lái)將勢必走進(jìn)人們的身邊。
艷陽(yáng)天把任何一扇窗戶(hù)變成可用的電源，這并非突發(fā)奇想，采用量子點(diǎn)的發(fā)光太陽(yáng)能聚光器技術(shù)已把這種想法變成了現實(shí)。
是窗戶(hù)，亦是電源
發(fā)光太陽(yáng)能聚光器（LSC）是一項新興的捕獲陽(yáng)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(shí)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(wú)重金屬膠體狀量子點(diǎn)的高效大面積無(wú)色發(fā)光太陽(yáng)能聚光器》為題的研究成果。
洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室首席研究員維克多·克里莫夫說(shuō)：“在這種新的設備中，通過(guò)窗戶(hù)的一部分透射光被分散在玻璃窗上的納米粒子（半導體量子點(diǎn)）吸收，然后重新發(fā)射出人的肉眼看不見(jiàn)的紅外波長(cháng)，這些波被引導到窗戶(hù)邊上的太陽(yáng)能電池上?！笔褂眠@種設計，艷陽(yáng)天里一扇幾乎透明的窗戶(hù)即會(huì )成為一個(gè)發(fā)電機，可以在大熱天為空調提供電力，或者在寒冬給房間里的熱水器供電。
既無(wú)色，也無(wú)毒
2014年4月，這個(gè)合作研究團隊從理論上證明，應用的復合量子點(diǎn)設備不適合現實(shí)世界的應用程序，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(yáng)能，這導致了有限的捕光效率，并使集中器上會(huì )有深黃色或紅色痕跡。
在描述這個(gè)新興的研究時(shí)，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(gè)技術(shù)盡快從實(shí)驗室走出來(lái)，到可持續性建筑中充分發(fā)揮潛力，就必須實(shí)現能夠捕獲整個(gè)太陽(yáng)光譜的無(wú)毒聚光器?！?/span>
于是，研究人員更新方法來(lái)解決著(zhù)色的問(wèn)題?？死锬蚪忉屨f(shuō)：“新的設備使用了一個(gè)復雜的組合物，通常被簡(jiǎn)稱(chēng)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。
他強調，CISeS的量子點(diǎn)提供了一個(gè)統一的太陽(yáng)光譜覆蓋面，從而增加了具有中性色調的窗戶(hù)，顏色也沒(méi)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(jiàn)的，非常適合最常見(jiàn)的基于硅的太陽(yáng)能電池。
效率高，成本低
這項成果的一個(gè)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(hù)的電池鑄造的工業(yè)方法相媲美。在制造過(guò)程中，需要把量子點(diǎn)封裝在一個(gè)高光學(xué)品質(zhì)的透明聚合物基體內。研究人員使用了一個(gè)交叉結合的聚十二基異丁烯酸鹽，其屬于丙烯酸酯類(lèi)聚合物，它的長(cháng)側鏈可防止量子點(diǎn)的凝聚，并給它們提供“友好”的環(huán)境，以允許其封裝到聚合物上而保持量子點(diǎn)光散發(fā)的高效特性。
弗朗西斯科說(shuō)：“我們仍然要保持傳輸制導發(fā)光的關(guān)鍵能力，并且沒(méi)有吸收的損耗，以彌補與真正窗戶(hù)尺寸兼容的高光電效率。而審美因素對于一項新興技術(shù)的期望也是至關(guān)重要的?！?/span>
以前在洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室工作的博士后、目前量子點(diǎn)領(lǐng)域的企業(yè)家（UbiQD創(chuàng )始人和總裁）亨特·麥克丹尼爾補充說(shuō)：“剩下的工作是解決降低成本的問(wèn)題，現在這種材料制造量子點(diǎn)比之前的材料要便宜多了。我們用一類(lèi)新的低成本、低風(fēng)險的量子點(diǎn)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?！?/span>
既節能，又環(huán)保
意大利研究團隊首席研究員塞爾吉奧·布羅維尼說(shuō)：“對這種量子點(diǎn)太陽(yáng)能窗戶(hù)技術(shù)，我們只在一年前展示了其可行性，而目前在現實(shí)中，中短期內便可以轉移到產(chǎn)業(yè)中，不僅允許我們把屋頂轉變?yōu)樘?yáng)能發(fā)電機，還會(huì )改變到城市整體的建筑風(fēng)格，包括窗戶(hù)?！?/span>
他說(shuō)：“對于人口密集的城市地區，這是特別重要的，要想收集建筑需要的所有能源，屋頂還是太小了?！痹撗芯繄F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，如紐約世界貿易中心（把7.2萬(wàn)平方米分為1.2萬(wàn)扇窗戶(hù)），這將有可能生成相當于超過(guò)350套公寓所需要的能源。
布羅維尼說(shuō)：“這樣的量子點(diǎn)發(fā)光太陽(yáng)能聚光器本身還能夠節能，其過(guò)濾效果可以減少空調所需要的電力，降低室外陽(yáng)光照進(jìn)屋內造成的增溫。由此，這項技術(shù)能潛在地促使城市朝向零能耗的環(huán)保目標邁進(jìn)?！?/span>
艷陽(yáng)天把任何一扇窗戶(hù)變成可用的電源，這并非突發(fā)奇想，采用量子點(diǎn)的發(fā)光太陽(yáng)能聚光器技術(shù)已把這種想法變成了現實(shí)。
是窗戶(hù)，亦是電源
發(fā)光太陽(yáng)能聚光器（LSC）是一項新興的捕獲陽(yáng)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(shí)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(wú)重金屬膠體狀量子點(diǎn)的高效大面積無(wú)色發(fā)光太陽(yáng)能聚光器》為題的研究成果。
洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室首席研究員維克多·克里莫夫說(shuō)：“在這種新的設備中，通過(guò)窗戶(hù)的一部分透射光被分散在玻璃窗上的納米粒子（半導體量子點(diǎn)）吸收，然后重新發(fā)射出人的肉眼看不見(jiàn)的紅外波長(cháng)，這些波被引導到窗戶(hù)邊上的太陽(yáng)能電池上?！笔褂眠@種設計，艷陽(yáng)天里一扇幾乎透明的窗戶(hù)即會(huì )成為一個(gè)發(fā)電機，可以在大熱天為空調提供電力，或者在寒冬給房間里的熱水器供電。
既無(wú)色，也無(wú)毒
2014年4月，這個(gè)合作研究團隊從理論上證明，應用的復合量子點(diǎn)設備不適合現實(shí)世界的應用程序，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(yáng)能，這導致了有限的捕光效率，并使集中器上會(huì )有深黃色或紅色痕跡。
在描述這個(gè)新興的研究時(shí)，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(gè)技術(shù)盡快從實(shí)驗室走出來(lái)，到可持續性建筑中充分發(fā)揮潛力，就必須實(shí)現能夠捕獲整個(gè)太陽(yáng)光譜的無(wú)毒聚光器?！?/span>
于是，研究人員更新方法來(lái)解決著(zhù)色的問(wèn)題?？死锬蚪忉屨f(shuō)：“新的設備使用了一個(gè)復雜的組合物，通常被簡(jiǎn)稱(chēng)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。
他強調，CISeS的量子點(diǎn)提供了一個(gè)統一的太陽(yáng)光譜覆蓋面，從而增加了具有中性色調的窗戶(hù)，顏色也沒(méi)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(jiàn)的，非常適合最常見(jiàn)的基于硅的太陽(yáng)能電池。
效率高，成本低
這項成果的一個(gè)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(hù)的電池鑄造的工業(yè)方法相媲美。在制造過(guò)程中，需要把量子點(diǎn)封裝在一個(gè)高光學(xué)品質(zhì)的透明聚合物基體內。研究人員使用了一個(gè)交叉結合的聚十二基異丁烯酸鹽，其屬于丙烯酸酯類(lèi)聚合物，它的長(cháng)側鏈可防止量子點(diǎn)的凝聚，并給它們提供“友好”的環(huán)境，以允許其封裝到聚合物上而保持量子點(diǎn)光散發(fā)的高效特性。
弗朗西斯科說(shuō)：“我們仍然要保持傳輸制導發(fā)光的關(guān)鍵能力，并且沒(méi)有吸收的損耗，以彌補與真正窗戶(hù)尺寸兼容的高光電效率。而審美因素對于一項新興技術(shù)的期望也是至關(guān)重要的?！?/span>
以前在洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室工作的博士后、目前量子點(diǎn)領(lǐng)域的企業(yè)家（UbiQD創(chuàng )始人和總裁）亨特·麥克丹尼爾補充說(shuō)：“剩下的工作是解決降低成本的問(wèn)題，現在這種材料制造量子點(diǎn)比之前的材料要便宜多了。我們用一類(lèi)新的低成本、低風(fēng)險的量子點(diǎn)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?！?/span>
既節能，又環(huán)保
意大利研究團隊首席研究員塞爾吉奧·布羅維尼說(shuō)：“對這種量子點(diǎn)太陽(yáng)能窗戶(hù)技術(shù)，我們只在一年前展示了其可行性，而目前在現實(shí)中，中短期內便可以轉移到產(chǎn)業(yè)中，不僅允許我們把屋頂轉變?yōu)樘?yáng)能發(fā)電機，還會(huì )改變到城市整體的建筑風(fēng)格，包括窗戶(hù)?！?/span>
他說(shuō)：“對于人口密集的城市地區，這是特別重要的，要想收集建筑需要的所有能源，屋頂還是太小了?！痹撗芯繄F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，如紐約世界貿易中心（把7.2萬(wàn)平方米分為1.2萬(wàn)扇窗戶(hù)），這將有可能生成相當于超過(guò)350套公寓所需要的能源。
布羅維尼說(shuō)：“這樣的量子點(diǎn)發(fā)光太陽(yáng)能聚光器本身還能夠節能，其過(guò)濾效果可以減少空調所需要的電力，降低室外陽(yáng)光照進(jìn)屋內造成的增溫。由此，這項技術(shù)能潛在地促使城市朝向零能耗的環(huán)保目標邁進(jìn)?！?/span>
