未来的太阳能城市将由可产生电力的Windows提供动力

时间:2019-07-29
作者:逄硅

具有发电能力的“智能窗户”是未来的发展方向,而科学家则又迈向了成为普遍现实的又一步。

染料敏化太阳能电池 - 薄而柔软的材料可以产生透明的电子电路 - 可以为建筑物配备可以发电的窗户。 有一天,他们可以做得比目前的太阳能电池板技术更好。 但是缺乏对染料如何在分子水平上与半导体表面相互作用的理解,使得该技术不再使其更有效。

今年早些时候在发表的一项研究进一步揭示了染料和半导体表面如何相互作用的机制。 来自美国能源部阿贡国家实验室的剑桥大学科学家的研究结果可以帮助创造出能够通过使所有窗户表面发电来帮助城市提高能源效率的技术。

该研究模拟了工作电极的分子结构 - 电流进入或离开物体的导体 - 来自有机染料和半导体表面之间的完全组装的太阳能电池窗口,在这种情况下是二氧化钛,用于一切从防晒霜到油漆到食用色素。 以前的研究模拟了构成太阳能电池窗口的各个部件的分子结构,但未考虑太阳能电池中每个部件的化学成分如何相互作用以影响太阳能电池的效率。

“我们的工作表明,某些化学成分,其中一些迄今为止被忽视,可以明显影响这些太阳能电池的光伏性能,”该研究的作者,剑桥大学分子工程组组长Jacqui Cole ,在一份说 “我们只需要适度提升性能,使这些太阳能电池具有竞争力,因为性价比决定了太阳能电池行业的经济性。 与其他太阳能电池技术相比,制造染料敏化太阳能电池非常便宜。“

最近的其他研究也正在建立类似的技术,可以有效地大规模地收集太阳能。 建造了类似的透明太阳能电池板,科学家表示,如果该技术被用于该国数十亿平方米的可用玻璃表面,那么它可能会完全替代化石燃料。 另一项使用合成DNA与染料的螺旋来收获光能,尽管这种特殊的机制尚未被塑造成窗户或纺织品等材料。

11_24_solar_04 2017年11月22日,工人在中国山东省东营市的一个住宅中安装太阳能电池板。 路透社

在Cole的研究中,进一步了解染料和二氧化钛结构如何相互作用将“通过合理的设计为更合适的[染料敏化太阳能电池]染料的分子工程提供”工具包“,作者写道。 染料有助于物质从太阳收获光,类似于植物在光合作用下收获光的方式。 从太阳光中激发的染料分子使能量流过导电的二氧化钛部分,其中染料被吸收。

“这启动了电路中的电流,”科尔在一封电子邮件中告诉“新闻周刊”

Cole表示,有机染料,例如本研究中使用的有机染料,称为MK-2,仍处于实验室试验阶段。 然而,金属有机染料已经开始商业化。 科尔指出,奥地利格拉茨的一座建筑在开放,已经在塔顶部使用了发电窗。

“为此,使用这种技术的太阳能窗户的商业化正在积极发生 - 并且部分由它们供电的示范建筑物已经建成,”科尔说。