未来用窗户玻璃发电或成可能

中 玻

太阳能发电可说是当前最受欢迎的可再生能源技术，不少科学家为了扩大太阳能板的应用与范围，积极着手研究透明太阳能电池，欲将太阳能发电与建筑物相结合，让未来的楼房都变成虚拟电厂。例如日本Kaneka研发的半透明太阳能电池已安装于新国立竞技场上方，它由多层网状玻璃组成，且具有防火功能。于是大家脑洞大开：如果透明太阳能电池研制成功并商业化，这意味着城市建筑中的玻璃窗都可以被打造成太阳能电池面板，甚至是电子阅读器、平板电脑、智能手机和智能手表及平板玻璃屏幕都能够吸收阳光延长续航。

据了解，目前常见的矽晶太阳能板颜色为湛蓝色，对于重视建筑美学或住家外观环境的来说，在屋顶放置太阳能板薄有微词。新一代透明太阳能板或许能解决这些烦恼，它可以用作建筑物的窗户玻璃或天窗，吸收太阳光发电的同时还能保有光线与正常视野，这种发明或许将是改变建筑物、发电与城市面貌的先驱者。

曾有材料科学家在玻璃中嵌入光吸收薄膜，让玻璃成功变为发电设备，但玻璃面板仅吸收特定波长，玻璃会自带红色或棕色滤镜，无法在发电的同时满足光线射入与视野。因此，科学家们也在寻找新的材料来制造这种透明的太阳能电池，如有机太阳能等新兴材料。由有机聚合物或燃料制成的有机太阳能电池，由于不需要高耗能真空设备，制程以溶液涂布印刷为主，因此制造成本相对低，还具有低耗能、低碳优势；可根据不同化学配方与制程，让太阳能玻璃吸收不同波段的光、整透明度，或是制备成可挠模组，不仅有机会整合汽车、建筑物，也可以与穿戴式设备结合，拥有独特的优势。

不管是矽晶与有机太阳能结合，还是钙钛矿与有机太阳能结合，近年来各国科学家们都为能开发出可采光、隔热与发电的太阳能窗户而努力着：韩国蔚山国立科学技术研究院（UNIST）基于矽棒与柔软的透明聚合物开发出弹性可伸缩的透明太阳能电池，转换效率达8%，且经过数十次弯曲测试后其性能仍可维持95%左右；2017年美国国家实验室（NREL）研发出的半透明有机太阳能窗，光电转换效率可达11.3%。

澳大利亚蒙纳士大学（Monash University）、联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的研究人员通过钙钛矿太阳能电池与有机聚合物，研发出了一款便宜又稳定的半透明太阳能板，转换效率高达17%，相关研究成果已发表于《Nano Energy》杂志。目前钙钛矿太阳能电池已发展成为极具潜力的太阳能技术。由于结构稳定、体积小、生产成本低、绿色环保等优点，在短短数10年间已能与矽晶太阳能电池媲美，其应用比坚硬、缺乏弹性的矽晶太阳能电池更广。钙钛矿太阳能电池结构为阴极-电子传输层-钙钛矿的光吸收层（主动层）-电洞传输层-阳极，通常都采用Spiro-OMeTAD材料作为电洞传输层，而他们则使用了一种可以制成聚合物的有机半导体来代替这一常用的太阳能电池材料，由此产生了惊人的效果。

通常屋顶型太阳能的转换效率介于15%～20%之间，新型半透明的电池转换效率为17%，但仍能透射10%以上的入射光，且每平方米可产生140W电力，两平方米的太阳能窗能产生的电量相当于一个标准的屋顶太阳能板。研究人员表示，这虽然会增加相应的成本但却可以省下整栋楼的电费。目前该研究团队正与澳大利亚玻璃制造商Viridian Glass携手合作，希望能将该研究成果转化成商业产品。他们表示，或许这还要花10年才能进入商业应用，但这种技术可提供新的创新与机会却是不容置疑的。

虽然截至目前有关透明太阳能电池的研究已不在少数，但至今却仍未有跨入商业化应用的案例，究其原因：光电转换效率往往比较低，造价相对较高；没有先例装置记录可供参考，需要搞清楚如何闭合各个窗户太阳能的电源、维护运营方式、逆变器设备等实际问题；需要前期投资以建立规模生产等。可见透明太阳能电池距离大规模商业化应用仍有一段较远的距离。