摩天大楼：很快就能自行供电了

胡德良

每当你看到一幢镶满玻璃的摩天大楼时，你会想起什么？

美国太阳能专家兰斯·惠勒的想法可能和别人不太一样，每当他看着这样的摩天大楼，他就看到了未开发出来的巨大能源潜力。惠勒认为，在美国，住宅楼和办公楼的电量消耗占总耗电量的75%，占整个能源使用量的40%，由于窗户泄漏能量，因此窗户是解决问题的重要环节。

最近，科学家的系列研究成果已经指向同一个解决方案——把窗户变成太阳能电池板过去，材料科学家已经将光吸收薄膜镶入玻璃窗中，但是这种太阳能窗往往会有红色或揭色色调，这让建筑师们觉得很不满意。然而，新型太阳能窗技术几乎只能吸收不可见的紫外线和红外线，这样能使玻璃变得清澈透明，同时能阻拦穿透玻璃的紫外线辐射和红外线辐射，这些辐射有时会产生一些不必要的热量〕惠勒认为，通过在发电的同时减少热量排放，这种窗户有着广阔的前景，包括存在“让大型办公楼自行供电”的可能性

太阳能电池也可以是透明的？

大多数太阳能电池，就像在行业中占主导地位的标准晶体硅电池一样，为了使其效率最大化而牺牲了透明度。这里的效率，是指阳光中的能量转化为电力的百分比。最高质量的硅电池效率为25%，而一类被称为“钙钛矿”的不透明太阳能电池材料的效率接近硅电池，最高效率为22%。钙钛矿不仅比硅更便宜，而且还可以通过调整化学成分的配比使其吸收特定频段的光线。

不久前，美國密歇根州立大学化学工程师理查德·伦特领导的一个研究团队报告说，该团队对钙钛矿材料进行了调整，开发了一种吸收紫外线的钙钛矿太阳能窗，效率为0.5%。尽管这种太阳能窗的效率远远低于最佳性能的钙钛矿电池，但是它已经足以为另外一种太阳能窗技术提供电力：一旦需要可以使玻璃变暗，阻拦白天炎热时段的强烈光线，因而可以减少楼房对空调的需求。伦特还认为，在接下来的几年中，他的团队能够让太阳能窗的效率达到4%。凭着这样的效率，这种电池可以为一些楼房的照明和空调提供电力。

光谱的另一端是红外光，它比紫外光更加强烈地照射着地球的表面，因此可以产生更多的电能。2017年，伦特的团队已经在《自然-能源》杂志上发表文章称：该团队制造了一种透明的、吸收紫外线和红外线的电池，效率为5%，利用的是“有机光伏”技术——一种有机半导体和金属构成的夹层薄膜。伦特称，未来这种材料能将捕获紫外线的钙钛矿和捕获红外线的有机物结合起来，能够达到20%的效率，同时仍可实现几乎完全透明。

使太阳能窗透明的另一种方法

使太阳能窗透明的另一种方法需要依靠所谓的“发光太阳能聚光器”。这样的太阳能窗中使用了量子点，这些量子点是微小的半导体颗粒，吸收紫外和红外频段的光线，并且以传统太阳能电池能够捕获到的波长重新释放出来。重新释放的光线集中起来，通过玻璃侧向分流至镶嵌在窗框中的条状太阳能电池中。

由于量子点制造起来便宜，而且只需要少量的太阳能材料来捕获重新释放出来的光线，这种太阳能窗在价格上有望比较便宜。2018年1月，美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的化学家维克多·克里莫夫及同事在《自然一光子学》杂志上报道说：这样的太阳能窗已经达到了3.1%的效率。

让楼房自行供电不再是梦想

美国加州圣巴巴拉币的下一代能源技术公司依然在致力于完善半透明有机太阳能窗技术。这家公司的太阳能窗达到了7%的效率，跟透明的玻璃相比，这种半透明有机太阳能窗可能暗了一些，但由于是吸收整个光谱的光线而不是特定频段的光线，故而并没有呈现出难看的红色或褐色色调。下一代能源技术公司顾问迈克尔·麦吉说：“这确实是一种很不错的技术。”

惠勒还不能确定哪一种最终会成为顶尖技术，其中一个不利因素是毒性：许多太阳能窗技术都会利用少量的毒性材料。但是，惠勒可以确信，未来的楼房不用完全利用电网中的电能了，楼房本身将可以发电。惠勒说：“无论如何，建筑商必须要安装窗户，何不在窗户上加一些其他功能呢？”