胡德良

每當你看到一幢鑲滿玻璃的摩天大樓時，你會想起什么？

美國太陽能專家蘭斯·惠勒的想法可能和別人不太一樣，每當他看著這樣的摩天大樓，他就看到了未開發(fā)出來的巨大能源潛力?；堇照J為，在美國，住宅樓和辦公樓的電量消耗占總耗電量的75%，占整個能源使用量的40%，由于窗戶泄漏能量，因此窗戶是解決問題的重要環(huán)節(jié)。

最近，科學家的系列研究成果已經指向同一個解決方案——把窗戶變成太陽能電池板過去，材料科學家已經將光吸收薄膜鑲入玻璃窗中，但是這種太陽能窗往往會有紅色或揭色色調，這讓建筑師們覺得很不滿意。然而，新型太陽能窗技術幾乎只能吸收不可見的紫外線和紅外線，這樣能使玻璃變得清澈透明，同時能阻攔穿透玻璃的紫外線輻射和紅外線輻射，這些輻射有時會產生一些不必要的熱量〕惠勒認為，通過在發(fā)電的同時減少熱量排放，這種窗戶有著廣闊的前景，包括存在“讓大型辦公樓自行供電”的可能性

太陽能電池也可以是透明的？

大多數(shù)太陽能電池，就像在行業(yè)中占主導地位的標準晶體硅電池一樣，為了使其效率最大化而犧牲了透明度。這里的效率，是指陽光中的能量轉化為電力的百分比。最高質量的硅電池效率為25%，而一類被稱為“鈣鈦礦”的不透明太陽能電池材料的效率接近硅電池，最高效率為22%。鈣鈦礦不僅比硅更便宜，而且還可以通過調整化學成分的配比使其吸收特定頻段的光線。

不久前，美國密歇根州立大學化學工程師理查德·倫特領導的一個研究團隊報告說，該團隊對鈣鈦礦材料進行了調整，開發(fā)了一種吸收紫外線的鈣鈦礦太陽能窗，效率為0.5%。盡管這種太陽能窗的效率遠遠低于最佳性能的鈣鈦礦電池，但是它已經足以為另外一種太陽能窗技術提供電力：一旦需要可以使玻璃變暗，阻攔白天炎熱時段的強烈光線，因而可以減少樓房對空調的需求。倫特還認為，在接下來的幾年中，他的團隊能夠讓太陽能窗的效率達到4%。憑著這樣的效率，這種電池可以為一些樓房的照明和空調提供電力。

光譜的另一端是紅外光，它比紫外光更加強烈地照射著地球的表面，因此可以產生更多的電能。2017年，倫特的團隊已經在《自然-能源》雜志上發(fā)表文章稱：該團隊制造了一種透明的、吸收紫外線和紅外線的電池，效率為5%，利用的是“有機光伏”技術——一種有機半導體和金屬構成的夾層薄膜。倫特稱，未來這種材料能將捕獲紫外線的鈣鈦礦和捕獲紅外線的有機物結合起來，能夠達到20%的效率，同時仍可實現(xiàn)幾乎完全透明。

使太陽能窗透明的另一種方法

使太陽能窗透明的另一種方法需要依靠所謂的“發(fā)光太陽能聚光器”。這樣的太陽能窗中使用了量子點，這些量子點是微小的半導體顆粒，吸收紫外和紅外頻段的光線，并且以傳統(tǒng)太陽能電池能夠捕獲到的波長重新釋放出來。重新釋放的光線集中起來，通過玻璃側向分流至鑲嵌在窗框中的條狀太陽能電池中。

由于量子點制造起來便宜，而且只需要少量的太陽能材料來捕獲重新釋放出來的光線，這種太陽能窗在價格上有望比較便宜。2018年1月，美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的化學家維克多·克里莫夫及同事在《自然一光子學》雜志上報道說：這樣的太陽能窗已經達到了3.1%的效率。

讓樓房自行供電不再是夢想

美國加州圣巴巴拉幣的下一代能源技術公司依然在致力于完善半透明有機太陽能窗技術。這家公司的太陽能窗達到了7%的效率，跟透明的玻璃相比，這種半透明有機太陽能窗可能暗了一些，但由于是吸收整個光譜的光線而不是特定頻段的光線，故而并沒有呈現(xiàn)出難看的紅色或褐色色調。下一代能源技術公司顧問邁克爾·麥吉說：“這確實是一種很不錯的技術?！?/p>

惠勒還不能確定哪一種最終會成為頂尖技術，其中一個不利因素是毒性：許多太陽能窗技術都會利用少量的毒性材料。但是，惠勒可以確信，未來的樓房不用完全利用電網中的電能了，樓房本身將可以發(fā)電?；堇照f：“無論如何，建筑商必須要安裝窗戶，何不在窗戶上加一些其他功能呢？”