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发光太阳能波导窗口从里到外产生能量

时间：2021-12-13 09:52:14 来源：

莱斯大学的工程师设计并建造了玻璃窗，可将阳光或照明从室内重定向到边带太阳能电池。中心层是用作波导的共轭聚合物。

赖斯工程师开发了聚合物核，可将光从任何来源重定向到太阳能电池。

赖斯大学的工程师们为下一代能源收集提出了一个丰富多彩的解决方案：窗户中的发光太阳能集中器（LSC）。

在拉斐尔·韦尔杜斯科（Rafael Verduzco）和博士后研究员，赖斯布朗工程学院的第一作者李伊琳（Yilin Li）的带领下，研究小组设计并建造了平方英尺的“窗户”，将共轭聚合物夹在两个透明的丙烯酸板之间。

那薄薄的中间层是秘密的调味料。它旨在吸收特定波长的光并将其引导到衬有太阳能电池的面板边缘。共轭聚合物是可以针对各种应用调整特定化学或物理性质的化合物，例如导电膜或生物医学设备的传感器。

赖斯实验室的高分子化合物称为PNV（用于聚萘二甲酸乙二烯乙烯酯），吸收并发出红光，但是调节分子成分应使其能够吸收多种颜色的光。诀窍在于，作为波导，它可以接收来自任何方向的光，但会限制光的离开方式，将其集中到将其转换为电能的太阳能电池上。

莱斯大学工程师设计的使用窗玻璃的房屋概念是将光线从里到外重定向到边带太阳能电池。

李说：“这项研究的动机是通过集成光伏技术来解决建筑物的能源问题。”作为“智能玻璃”竞赛的一部分而开始该项目的李说。“目前，太阳能屋顶是主流解决方案，但您需要将其朝向太阳以最大化其效率，而且它们的外观也不是很令人满意。

“我们想，为什么我们不能制作彩色，透明或半透明的太阳能集热器，并将其应用于建筑物的外部？”他说。

该研究发表在《聚合物国际》杂志上。

诚然，赖斯团队测试单元产生的汁液量远远少于普通商业太阳能电池所收集的汁液，后者通常将约20％的阳光转化为电能。

赖斯大学的博士后研究员李一琳展示了一个发光的窗玻璃，窗玻璃上有一个共轭聚合物中心，可以充当波导，将一定频率的光发送到边缘，在这里太阳光可以被太阳能电池吸收。

但是LSC窗口永远都不会停止工作。太阳下山时，他们愉快地将建筑物内部的光回收为电能。实际上，测试表明，即使日光强100倍，它们在转换LED的环境光方面也比直接日光转换更有效。

“即使在室内，如果举起一块面板，边缘也会看到很强的光致发光。”李说。他测试的面板在阳光直射下的功率转换效率高达2.9％，在环境LED灯下的功率转换效率高达3.6％。

根据Verduzco的说法，在过去的十年中，已经开发出各种类型的发光体，但很少使用共轭聚合物。

化学和生物分子工程以及材料科学和纳米工程学教授维尔杜科（Verduzco）表示：“在这种应用中使用共轭聚合物的部分问题是它们可能不稳定并迅速降解。”“但是，近年来，我们在提高共轭聚合物的稳定性方面学到了很多，将来，我们可以设计出具有稳定性和所需光学性能的聚合物。”

实验室还模拟了从面积达120平方英寸的面板返回的能量。他们报告说，这些面板将提供较少的能量，但仍将满足家庭的需求。

Li指出，也可能对该聚合物进行了调整，以转换红外和紫外光的能量，从而使这些面板保持透明。

他说：“甚至可以在面板上以图案印刷聚合物，因此它们可以变成艺术品。”

参考：李义林，孙玉健，张永操，李玉新和拉斐尔·韦杜兹科，“基于发光共轭聚合物的高性能混合型散射光太阳能聚光器”，2021年1月13日，聚合物国际。DOI：
10.1002 / pi.6189

共同作者是华盛顿大学校友孙宇坚；休斯敦大学的研究生助理张永操和辛辛那提大学的研究生助理李玉欣。

Solera City Energy支持了这项研究。

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