高科技玻璃窗能發電？不再是異想天開

利用量子點發光太陽能聚光器技術，可以讓紐約世界貿易中心7.2萬平方米玻璃幕牆，產生超過相當於350套公寓所需要的電力。

艷陽高照時，屋子裡的每一扇玻璃窗都會成為發電機，可以在炎炎夏日為空調提供電力，或者在寒冬給房間里的熱水器供電。

在量子點發光太陽能聚光器技術被發明後，用玻璃窗捕獲陽光並轉化為可用電源，這將不再是異想天開。這種新興的太陽能轉化設備——發光太陽能聚光器（LSC）能把幾乎透明的玻璃窗變成發電機，為人們提供電能。

LSC技術

「這項新興技術是將一部分透射光分散在玻璃窗上，被納米粒子（半導體量子點）吸收，然後重新發射出肉眼看不見的紅外波長，再被傳導到窗戶邊框上的太陽能電池上。」 洛斯阿拉莫斯國家實驗室首席研究員維克多·克里莫夫說。

克里莫夫供職的阿拉莫斯國家實驗室隸屬美國能源部，成立於1943年成立，世界上第一顆原子彈和氫彈就在這裡誕生。該實驗室與義大利米蘭比可卡大學等單位的研究人員一起，在最新一期的《自然·納米技術》雜誌上發表了《採用無重金屬膠體狀量子點的高效大面積無色發光太陽能聚光器》一文，此文講述了該技術的最新研究成果。

義大利研究團隊首席研究員塞爾吉奧·布羅維尼則表示，這種量子點太陽能技術，在中短期內便可產業化，不僅能把屋頂轉變為太陽能發電機，還會改變到城市整體的建築風格。

LSC模擬圖

「對於人口密集的城市地區，這尤為重要，要想收集夠建築內外所需的能源，僅僅靠屋頂是遠遠不夠的」，布羅維尼說。該研究團隊估計，該項技術如應用於紐約世界貿易中心7.2萬平方米的玻璃幕牆，將其分為1.2萬扇窗戶，可能生成相當於超過350套公寓所需要的電力。

另外，布羅維尼還表示，這項技術也是促使城市朝向零能耗的環保目標邁進的推動力之一。

量子點發光太陽能聚光器還具有節能作用，其過濾效果能降低室內溫度，這也意味著可以減少空調的運轉時間。

照射區域與背面反射的效果

這項新技術在去年4月還僅停留在「紙上談兵」。當時，這個合作研究團隊在理論上得出結論：由於發光太陽能聚光器是基於有毒的重金屬鎘製成，只能夠吸收一小部分的太陽能，設備捕光的效率並不高，還會使設備留有深黃色或紅色痕迹，因此，該複合量子點設備目前並不適合在對審美有要求的現實場景之中。

「為了讓這個技術儘快從實驗室走出來，我們必須得儘快研發出能捕獲整個太陽光譜且無毒的聚光器。」比可卡大學材料科學系物理學教授弗朗西斯科說。

研究人員嘗試用其他方法來解決著色的問題。新的設備使用了一個複雜的組合物，簡稱為CISeS，包括了銅（Cu）、銦（In）、硒（Se）和硫（S）等元素。「這些粒子不含任何有毒的金屬。」克里莫夫解釋說，「CISeS的量子點提供了統一的太陽光譜覆蓋面，增加了具有中性色調的窗戶，顏色也沒有任何失真感。」此外，他還強調，新的裝置發射的近紅外光肉眼不可見，非常適合最常見晶硅太陽能電池。

表面嵌入多晶硅太陽能電磁陣列

在製造過程中，需要把量子點封裝在一個高光學品質的透明聚合物基體內。研究人員使用了一個交叉結合的聚十二基異丁烯酸鹽，其屬於丙烯酸酯類聚合物，它的長側鏈可防止量子點的凝聚，並為其提供「友好」的環境，保持量子點光散發的高效特性。

在保證與真正窗戶尺寸兼容高光電效率的同時，「審美因素對於一項新興技術的期望也是至關重要的。」弗朗西斯科說。

成本則是另外一個需要解決的問題。「目前採用的材料來製造量子點比之前的材料便宜很多，在使用低成本、低風險的量子點組成混合物CISeS，克服了對這種技術商業化的又一障礙。」曾在洛斯阿拉莫斯國家實驗室工作的博士後、目前量子點領域的企業家（UbiQD創始人和總裁）亨特·麥克丹尼爾補充說道。