研究人员制出能收集太阳能的窗户

来自明尼苏达大学和比可卡大学的研究人员正在将可以有效地收集太阳能的窗户的这一梦想一步步接近现实，这是由于高科技硅纳米颗粒。

　　研究人员开发的技术将硅纳米颗粒加入所谓的高效发光的太阳能聚光器（LSC）中。这些问题是实现这种窗户的关键元素，可以有效地收集太阳能。当光照射到表面时，有用的光的频率被束缚在里面，集中到小的太阳能电池的边缘从而可以捕获能量。

[attachment=75453]

　　这项研究工作已经发表在《自然光子》杂志上。

　　这种可以收集太阳能的窗户，称为光伏窗，是可再生能源技术的下一个目标，因为他们必须大幅提高适合发电建筑物的表面而不影响其美学，这一关键方面具有很大的潜力，特别是在大都市地区。基于太阳能聚光器的光伏窗户不需要任何笨重的结构被应用到其表面，由于光伏电池是隐藏在窗框上，使得能够无形的融入建筑环境。

　　太阳能聚光器和太阳能电池集成到建筑设计中的想法已经有几十年了，但这项研究包括一个关键的区别即硅纳米颗粒。直到最近，已经取得了最好的结果，使用相对复杂的纳米结构的基础具有潜在的有毒元素，如镉或铅，或罕见的物质，如铟，这是已经大量用于其他技术。而硅是丰富的环境和无毒。它也可以更有效地吸收不同波长的光比它发射。然而，在传统的散装形式的硅，不发光或发冷光。

　　“在我们的实验室，我们技巧的本质是筛选硅晶体尺寸为几纳米，大约是千分之十几的人类头发的直径，”美国明尼苏达大学机械工程教授Uwe Kortshagen说，他是创建硅纳米颗粒和这项研究的资深作者以及科学家。“在这种尺寸下，硅的性质发生变化，成为一种高效的光发射器，具有重要的特性，不重新吸收自身的发光。这是关键的功能，使得硅纳米颗粒适合太阳能聚光器的应用。”

　　使用硅纳米粒子为研究团队开辟了许多新的可能性。

　　“在过去的几年中，太阳能聚光器技术经历了快速的加速发展，也归功于在意大利进行的创业性质的研究，但为收获和集中太阳光找到合适的材料仍然是一个开放的挑战，”Sergio Brovelli说，他是米兰比可卡大学的物理教授，该研究的作者之一，和Glass to Power公司的创始人之一，使得光伏窗走向现在工业化，“如今我们有可能利用硅纳米粒子取代这些元素。”

　　研究人员说，硅纳米颗粒的光学特性及其在工业生产过程中的聚合物的相容性，几乎完美的创造一个清晰的路径来创建高效的光伏窗户，可以超过以前所未有的低成本来捕捉太阳能量，其效率达到百分之5。

　　“这将使基于窗户的太阳能聚光器光伏建筑一体化光伏市场不在有其他基于相对稀有材料纳米类潜在的局限性，这将真正成为一种实用的技术”Francesco Meinardi说，他是米兰比可卡大学的教授，且是论文的第一作者。

　　硅纳米颗粒是在使用等离子体反应器的高技术过程中形成的。

　　“每个粒子是由少于二千个硅原子组成，”Samantha Ehrenberg说，他是明尼苏达大学的一个机械专业的博士生，是另一项研究的第一作者。“该粉末被转变成墨水状的溶液，然后嵌入到聚合物中，或者形成一片柔性塑料材料或用薄膜涂覆表面。”

　　明尼苏达大学在十几年前发明了制造硅纳米颗粒的方法，并拥有多项技术专利。2015年Kortshagen遇见了Brovelli，后者是在太阳能聚光器制造的专家并且已经证明有效的利用基于其他纳米颗粒系统的各种成功的方法。这种基于硅纳米粒子的技术潜力就这样明确的在合作伙伴中间诞生。明尼苏达大学生产的颗粒和意大利的研究人员制造的太阳能聚光器以聚合物通过工业为基础的方法嵌入，就这样开展了这项技术工作。

　　“这是一个真正的伙伴关系，我们收集了最好的研究人员在他们的领域做出的已有观念，这可以成为是真正的成功，”Kortshagen说。“我们有专业的制作硅纳米颗粒的研究团队，我们的合作伙伴在制造发光集中器又有专长。当这一切都走到了一起，我们知道我们可以实现一些特殊的成就的。”

查看本帖完整版本: [-- 研究人员制出能收集太阳能的窗户 --] [-- top --]