发光太阳能聚光器技术取得新突破

艳阳天把任何一扇窗户变成可用的电源，这并非突发奇想，采用量子点的发光太阳能聚光器技术已把这种想法变成了现实。

是窗户，亦是电源

发光太阳能聚光器（LSC）是一项新兴的捕获阳光的技术，有可能颠覆我们对能源的思考和利用方式。美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室与意大利米兰比可卡大学等单位研究人员组成的联合团队，在最新一期的《自然·纳米技术》杂志上发表了以《采用无重金属胶体状量子点的高效大面积无色发光太阳能聚光器》为题的研究成果。

洛斯阿拉莫斯国家实验室首席研究员维克多·克里莫夫说：“在这种新的设备中，通过窗户的一部分透射光被分散在玻璃窗上的纳米粒子（半导体量子点）吸收，然后重新发射出人的肉眼看不见的红外波长，这些波被引导到窗户边上的太阳能电池上。”使用这种设计，艳阳天里一扇几乎透明的窗户即会成为一个发电机，可以在大热天为空调提供电力，或者在寒冬给房间里的热水器供电。

既无色，也无毒

2014年4月，这个合作研究团队从理论上证明，应用的复合量子点设备不适合现实世界的应用程序，因为它们是基于有毒的重金属镉制成，并且只能够吸收一小部分的太阳能，这导致了有限的捕光效率，并使集中器上会有深黄色或红色痕迹。

在描述这个新兴的研究时，比可卡大学材料科学系物理学教授弗朗西斯科指出：“为了让这个技术尽快从实验室走出来，到可持续性建筑中充分发挥潜力，就必须实现能够捕获整个太阳光谱的无毒聚光器。”

于是，研究人员更新方法来解决着色的问题。克里莫夫解释说：“新的设备使用了一个复杂的组合物，通常被简称为CISeS，包括铜（Cu）、铟（In）、硒（Se）和硫（S）。重要的是，这些粒子不含任何有毒的金属。

他强调，CISeS的量子点提供了一个统一的太阳光谱覆盖面，从而增加了具有中性色调的窗户，颜色也没有任何失真感。此外，它们发射的近红外光是人的肉眼看不见的，非常适合最常见的基于硅的太阳能电池。

效率高，成本低

这项成果的一个关键优势，是在程序上完全可以与用于装配高质量聚合物窗户的电池铸造的工业方法相媲美。在制造过程中，需要把量子点封装在一个高光学品质的透明聚合物基体内。研究人员使用了一个交叉结合的聚十二基异丁烯酸盐，其属于丙烯酸酯类聚合物，它的长侧链可防止量子点的凝聚，并给它们提供“友好”的环境，以允许其封装到聚合物上而保持量子点光散发的高效特性。

弗朗西斯科说：“我们仍然要保持传输制导发光的关键能力，并且没有吸收的损耗，以弥补与真正窗户尺寸兼容的高光电效率。而审美因素对于一项新兴技术的期望也是至关重要的。”

以前在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的博士后、目前量子点领域的企业家（UbiQD创始人和总裁）亨特·麦克丹尼尔补充说：“剩下的工作是解决降低成本的问题，现在这种材料制造量子点比之前的材料要便宜多了。我们用一类新的低成本、低风险的量子点组成混合物CISeS，克服了对这种技术进行商业部署的一些最大的路障。”

既节能，又环保

意大利研究团队首席研究员塞尔吉奥·布罗维尼说：“对这种量子点太阳能窗户技术，我们只在一年前展示了其可行性，而目前在现实中，中短期内便可以转移到产业中，不仅允许我们把屋顶转变为太阳能发电机，还会改变到城市整体的建筑风格，包括窗户。”

他说：“对于人口密集的城市地区，这是特别重要的，要想收集建筑需要的所有能源，屋顶还是太小了。”该研究团队估计，用此项技术取代摩天大楼不具有电源功能的玻璃，如纽约世界贸易中心（把7.2万平方米分为1.2万扇窗户），这将有可能生成相当于超过350套公寓所需要的能源。

布罗维尼说：“这样的量子点发光太阳能聚光器本身还能够节能，其过滤效果可以减少空调所需要的电力，降低室外阳光照进屋内造成的增温。由此，这项技术能潜在地促使城市朝向零能耗的环保目标迈进。”