“量子點太陽能窗戶”

材料牛注：近日，洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究團隊研發出了量子點在標準窗玻璃上通過刮刀沉積法制備的低損耗大面積發光太陽能集中器。這一研究是從實驗室研究到建筑工地使用轉換的重要一步，證明該技術可以使手掌大小的示范模型擴展為足夠大的窗戶，并放入建筑物為其供電。

在本周的Nature Energy雜志的一篇論文中，洛斯阿拉莫斯國家實驗室研究團隊展示了采用量子點和太陽能窗戶，從實驗室到建筑工地轉換的重要一步，證明該技術可以使手掌大小的示范模型擴展為足夠大的窗戶，可以放入建筑物并為其供電。

首席科學家Victor Klimov說：“我們正在利用基于發光太陽能聚光器的量子點來開發太陽能聚光器，它將用于從建筑物窗口收集陽光，并將其轉化為電能。”Klimov領導了洛斯阿拉莫斯先進太陽能光物理中心（CASP）。

發光太陽能聚光器（LSC）是一種光管理器件，可用作光伏電池的大面積太陽光收集器。 LSC由浸透或涂覆有高發射性熒光團的透明玻璃或塑料板構成。 在吸收照射到大面積的板表面上的太陽光之后，LSC熒光團以較低能量再發射輻射量子，并且這些量子被全內反射引導到器件邊緣，在那里它們被光伏電池收集。

在洛斯阿拉莫斯，研究人員擴大了能源生產的選擇，同時最小化其對環境的影響，以支持該實驗室為加強國家的能源安全工作的使命。

在Nature Energy的文章中，團隊報告了使用“刮刀”技術創建的大型LSC窗口，即在商業使用的大面積玻璃板的頂部沉積點/聚合物復合物的薄層。 “刮刀”技術來自于印刷領域，即使用刮刀擦除表面過多的液體材料，例如油墨，從而留下薄的、高度均勻的膜。“在LSC器件中使用的量子點已經被專門設計出作為LSC熒光團的最佳性能，并且顯示出與聚合物材料良好的相容性，它們可以在窗口表面上保持，”Klimov指出。

LSCs使用膠體量子點來收集光，因為它們具有諸如可廣泛調諧的吸收和發射光譜，幾乎100％的發射效率，高的光穩定性（它們在陽光下不分解）的性質。

如果LSC的成本遠低于具有可比表面積的光伏電池的成本，并且LSC效率足夠高，則可以顯著降低生產太陽能電能的成本，Klimov說。“半透明LSCs還可以啟用新型設備，如太陽能或光伏窗，可將當前被動式建筑的外立面轉變為發電單元。

在本研究中使用的量子點是具有一種材料的核和另一種材料的殼的半導體球。 它們的吸收和發射光譜可以通過改變核與殼的尺寸和/或組成幾乎獨立地調節。 這允許發射光譜通過量子點的芯的參數調諧到低于強烈的光吸收，其本身由量子點的殼的參數調節。結果，這樣大大降低了由于自吸收造成的光損失。“這種可調諧性是這些特別設計的量子點的關鍵特性，這樣的特性導致尺寸可記錄且高性能的LSC器件，”Klimov說。

其中，“LSC量子點”由Jaehoon Lim（博士后研究員）合成。 Hongbo Li （博士后研究員）和Kaifeng Wu （博士后研究員）開發了將量子點封裝到聚合物基質中，并通過刮刀將它們沉積到玻璃板上的途徑。 Hyung-Jun Song（博士后研究員）制作了完整的LSC太陽能電池器件的樣品并對其進行了表征。

原文鏈接：Quantum-dot solar windows evolve with 'doctor-blade' spreading。

文獻鏈接：Doctor-blade deposition of quantum dots onto standard window glass for low-loss large-area luminescent solar concentrators。

本文由編輯部楊超提供素材，豆慧敏編譯，點我加入材料人編輯部。