科技，让高楼玻璃窗户大变样

李忠东

摩天大楼不但能够充分利用土地资源，而且还是城市的“面子”，可以演化成固定景点。最高点的变化在一定程度上标志着城市的繁荣昌盛，很难想象一座国际性的大都市没有傲人的摩天大楼。据世界高层建筑与都市人居学会提供的数据，2018年，全球有230栋高度超过200米（约为40层）的摩天大楼竣工，成为200米高以上建筑竣T數持续增长的第6年，与2017年的144座相比，增加了60%。

然而，摩天大楼还会导致一系列环境问题，其中的一项巨大挑战是对建筑的温度控制。美国劳伦斯伯克利国家实验室估计，美国能源专项中18%的资金用于给建筑供热和制冷。在寒冷的季节里，从窗户流失的暖折合价值约为200亿美元;而在夏季，从装有空调的建筑的窗户流失的冷气折合的价值数额更大。为此，高楼窗户及其玻璃的革命势在必行，其将成为绿色科技的下一个风口。

新型玻璃窗能发电

经过多年的研发，美国加利福尼亚州的Ubiquitous Energy公司开发出一种会发电的玻璃窗。科研人员在玻璃薄板之间加入多种有机聚合物层，其中一些能完全透光，而另外一些能吸收不可见的红外线和紫外线。当光线透过玻璃时，聚合物层之间的电子形成电流，被玻璃中的细导线收集。这有点像反向运行的透明电脑显示器，显示器用电点亮屏幕的各个像素点。而这种发电玻璃在光线透过玻璃时，能在不同位置产生电流。

在给定的光照水平下，玻璃的发电能力大约是常规屋顶光伏的1/3，其透光率大约是普通玻璃的一半，达到这些指标已足以使这种玻璃窗成为一种实用的产品。这种新型玻璃窗不仅能呈现美国加利福尼亚州北部壮观的山景和美丽的天空，还能兼做光伏电池，为公司的照明、电脑和空调等供能。科研人员表示，玻璃的透光率有望大幅提高。至于较低的发电效率，由于窗户覆盖的面积大于屋顶，因此能用面积优势弥补效率上的不足。最大的挑战是如何将目前不足0.19平方米的窗户面积扩大至约4.65平方米。

新材料改善窗玻璃性能

美国密歇根州的Mackinac Technology公司研制出一种可放置于普通玻璃表面的涂层塑料薄板，在不影响视野清晰度的同时，还能改善玻璃的绝热和热反射性能。其中，塑料板将空气困在中间以提高玻璃的绝热性能，而涂层能让可见光透过，但会反射红外线（携带着大部分热能）。隐形的涂层能减少塑料表面反射的光线，增加窗户的透光量和室内清晰度。

只要将涂层塑料薄板直接安装在现有窗户框架上，就可将单层玻璃或双层玻璃的绝热性能提高两倍。涂层塑料薄板很轻，不会明显增加窗户重量。得益于美国政府机构的部分资助，这种新材料已成功通过了美国加尔文大学在窗户上的测试，在2022年正式投入使用前，将在更大的试点项目中进行推广测试。

智能窗戶自动调节进光量

强烈的太阳光会通过朝南建筑物的窗户射入室内，虽然能增加房间的温度，但可能会看不清电脑屏幕。人们并不喜欢在阳光充足的高清晰度环境下工作，常常会选择拉上窗帘，但这样不可避免地会遮挡窗外的风景，无法享受阳光带来的其他好处。为缓解阳光的刺眼感，美国科罗拉多大学博尔德分校的一个材料科学研究团队长期致力于改进“电致变色”窗户。他们试图通过外加电场，使材料发生稳定、可逆的颜色变化，以控制窗户的明暗度，滤除严重的眩光，将室内的进光量调节至使人舒适的状态。

在此基础上，他们设计了一种智能窗户，里面包括一个含有铂的铟锡氧化物层和一个氧化镍层，并在两层之间填充了一种锂溶液。在对两层结构施加低电压时，它们充当电极，产生电场，溶液中的锂离子会迁移并黏附到氧化镍层。溶液中透明的锂覆盖在氧化镍层时，呈半透明状。只需要在电极上覆盖一层10纳米厚的锂，就能阻挡大部分光线。这样的窗户就像是建筑的“太阳镜”，通过改变电压，可以分级调节遮挡阳光的强度。

窗戶安装透明太阳能电池板

韩国科研人员设计的太阳能窗户上装有透明的太阳能电池板，窗户的侧下角和底端设有插座设计，通过窗户将太阳能进行吸收存储，并转化为电能，将窗户的使用率提高到最大。这种透明太阳能电池将为我们的可再生能源工作带来巨大的福音，有可能取代摩天大楼中的窗户和汽车中的天窗等。

晶体硅是开发玻璃状、高效、高稳定性和中性色太阳能电池的最佳材料，自20世纪50年代以来，一直是太阳能电池制造商的首选。虽然该材料与其他同类产品相比具有最高的转换效率和稳定性，但无法提供透明度。

为了避免过去一直困扰透明太阳能电池的偏红色调和其他颜色，制造具有中性色的透明晶体硅，韩国科研人员找到了解决这一难题的方法。他们在晶体硅中打出一些头发大小的小孔，以便使光线可以穿过。这些孔以精心设计的图案排列，人眼看不见。测试表明，透明太阳能电池具有长期的稳定性，转换效率为12.2%。该团队还测试了太阳能电池作为窗户的潜力，发现低角度的光线使这种太阳能电池的电流减少不到4%，而在常规太阳能电池上，电流下降约30%。科学家们正在努力构建此类型太阳能电池的放大版本，并追求15%的转换效率。由于这种太阳能电池板的制造过程与传统太阳能电池非常相似，这使得商业化的难度比以前要小得多。