艷陽(yáng)天把任何一扇窗戶變成可用的電源，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(xiàn)實(shí)。
是窗戶，亦是電源
發(fā)光太陽(yáng)能聚光器(LSC)是一項(xiàng)新興的捕獲陽(yáng)光的技術(shù)，有可能顛覆我們對(duì)能源的思考和利用方式。美國(guó)能源部洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)，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(guó)家實(shí)驗(yàn)室首席研究員維克多·克里莫夫說(shuō)：“在這種新的設(shè)備中，通過(guò)窗戶的一部分透射光被分散在玻璃窗上的納米粒子(半導(dǎo)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(zhǎng)，這些波被引導(dǎo)到窗戶邊上的太陽(yáng)能電池上。”使用這種設(shè)計(jì)，艷陽(yáng)天里一扇幾乎透明的窗戶即會(huì)成為一個(gè)發(fā)電機(jī)，可以在大熱天為空調(diào)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(tuán)隊(duì)從理論上證明，應(yīng)用的復(fù)合量子點(diǎn)設(shè)備不適合現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序，因?yàn)樗鼈兪腔谟卸镜闹亟饘冁k制成，并且只能夠吸收一小部分的太陽(yáng)能，這導(dǎo)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(yàn)室走出來(lái)，到可持續(xù)性建筑中充分發(fā)揮潛力，就必須實(shí)現(xiàn)能夠捕獲整個(gè)太陽(yáng)光譜的無(wú)毒聚光器。”
于是，研究人員更新方法來(lái)解決著色的問(wèn)題。克里莫夫解釋說(shuō)：“新的設(shè)備使用了一個(gè)復(fù)雜的組合物，通常被簡(jiǎn)稱為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(qiáng)調(diào)，CISeS的量子點(diǎn)提供了一個(gè)統(tǒng)一的太陽(yáng)光譜覆蓋面，從而增加了具有中性色調(diào)的窗戶，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(xiàng)成果的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，是在程序上完全可以與用于裝配高質(zhì)量聚合物窗戶的電池鑄造的工業(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(nèi)。研究人員使用了一個(gè)交叉結(jié)合的聚十二基異丁烯酸鹽，其屬于丙烯酸酯類聚合物，它的長(zhǎng)側(cè)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?nèi)匀灰３謧鬏斨茖?dǎo)發(fā)光的關(guān)鍵能力，并且沒(méi)有吸收的損耗，以彌補(bǔ)與真正窗戶尺寸兼容的高光電效率。而審美因素對(duì)于一項(xiàng)新興技術(shù)的期望也是至關(guān)重要的。”
以前在洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(bǔ)充說(shuō)：“剩下的工作是解決降低成本的問(wèn)題，現(xiàn)在這種材料制造量子點(diǎn)比之前的材料要便宜多了。我們用一類新的低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的量子點(diǎn)組成混合物CISeS，克服了對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行商業(yè)部署的一些最大的路障。”
既節(jié)能，又環(huán)保
意大利研究團(tuán)隊(duì)首席研究員塞爾吉奧·布羅維尼說(shuō)：“對(duì)這種量子點(diǎn)太陽(yáng)能窗戶技術(shù)，我們只在一年前展示了其可行性，而目前在現(xiàn)實(shí)中，中短期內(nèi)便可以轉(zhuǎn)移到產(chǎn)業(yè)中，不僅允許我們把屋頂轉(zhuǎn)變?yōu)樘?yáng)能發(fā)電機(jī)，還會(huì)改變到城市整體的建筑風(fēng)格，包括窗戶。”
他說(shuō)：“對(duì)于人口密集的城市地區(qū)，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。”該研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，用此項(xiàng)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(mào)易中心(把7.2萬(wàn)平方米分為1.2萬(wàn)扇窗戶)，這將有可能生成相當(dāng)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(jié)能，其過(guò)濾效果可以減少空調(diào)所需要的電力，降低室外陽(yáng)光照進(jìn)屋內(nèi)造成的增溫。由此，這項(xiàng)技術(shù)能潛在地促使城市朝向零能耗的環(huán)保目標(biāo)邁進(jìn)。”
