高度透明的太陽能材料：未來將成為一種潮流！

導讀

最近，美國密西根州立大學科學家們開發出一種可安裝在窗戶上的透明太陽能材料，它與安裝在屋頂的太陽能系統採集到的太陽能同樣多。這種高度透明的太陽能材料，配合傳統屋頂太陽能系統，幾乎可以滿足全美國的電力需求，從而大幅度降低礦物燃料的使用。

關鍵字

太陽能、透明、有機

背景

一般來說，人類往往是通過燃燒石油、天然氣和煤炭等傳統礦物燃料獲取能量。然而，這些礦物燃料都屬於不可再生資源，且燃燒它們將釋放出大量二氧化碳，帶來「溫室效應」，破壞生態平衡。

因此，人們已經意識到要讓全球的能源消耗遠離礦物燃料，開發具有創新性和經濟效益的可再生能源技術。太陽能作為新興的能源的代表，具有清潔、環境友好、可再生、易獲取、低成本等優勢。據悉，在美國和全世界僅1.5%的電力由太陽能產生，可見太陽能尚未得到充分應用，換句話說，太陽能的應用潛力仍然非常巨大。

可是傳統意義上，利用太陽能通常是依靠大型、笨重的屋頂太陽能光伏發電系統。

（圖片來源：維基百科）

創新

最近，科學家們在《自然能源》（Nature Energy）雜誌上的報告稱，可安裝在窗戶上的透明太陽能材料，代表了一種尚未充分利用的巨大能源。這種透明的太陽能材料與安裝在屋頂的太陽能系統採集到的太陽能同樣多。

（圖片來源：Richard Lunt / 密西根州立大學）

這項研究由美國密西根州立大學的工程研究人員領導，作者們強調了這種高度透明的太陽能材料的廣泛使用，配合傳統屋頂太陽能系統，幾乎可以滿足美全國的電力需求，大幅度降低礦物燃料的使用。

技術

密西根州立大學的化學工程和材料科學系副教授 Richard Lunt 和密西根州立大學的同事們開創性地開發出透明發光的太陽能聚光器。它可以放置於窗戶上產生太陽能，同時不會阻擋視線。這種類似塑料的薄材料可以用於建築物、汽車窗戶、手機和其他具有透明表面的設備。

（圖片來源：Kurt Stepnitz / 密西根州立大學）

這種太陽能採集系統使用 Lunt 和他的團隊開發的有機分子，吸收太陽光波長的不可見部分。研究人員可以將這些材料「調諧」到僅僅採集紫外線和近紅外波段的太陽光，然後將太陽能轉化為電力。

（圖片來源：參考資料【2】）

價值

Lunt 說：

「高度透明的太陽能電池代表了太陽能新應用的未來潮流。我們分析了它的潛力，結果說明只需採集不可見光，這些設備就可以具有與屋頂太陽能系統類似的發電潛力，同時具有提高建築物、汽車和移動電子設備的效率的附加能力。」

但是，就總體的電力潛能而言，作者們指出在美國大約有50億到70億平方米的玻璃表面。因為有這麼多的玻璃可以覆蓋，所以透明太陽能技術可以滿足美國40%能量的需求（和屋頂太陽能系統相似）。Lunt 說：

「如果我們也可以提高能量存儲，這兩種技術的互補性部署將使我們幾乎可以滿足100%的能量需求。」

未來

Lunt

稱，高度透明的太陽能應用記錄的效率高於5%，而傳統的太陽能面板的效率通常在15%~18%。在將太陽能轉化為電能的效率方面，儘管相對於不透明的太陽能技術來說，透明的太陽能技術可能永遠無法超越，但是可以接近。而且，透明的太陽能技術可以部署到更多的表面積上。

Lunt 補充說，現在，透明太陽能技術僅僅達到了它們整體潛力的三分之一。他說：

「這就是我們努力的方向。傳統的太陽能應用被研究已超過了50年，目前我們研究這些高度透明的太陽能電池只有5年。最終，這項技術將提供一個非常有前景的路線，它將通往一種在我們之前無法利用的小型和大型表面上廣泛應用的廉價太陽能技術。」

參考資料

【1】http://msutoday.msu.edu/news/2017/transparent-solar-technology-represents-wave-of-the-future/

【2】Christopher J. Traverse, Richa Pandey, Miles C. Barr, Richard R. Lunt. Emergence of highly transparent photovoltaics for distributed applications. Nature Energy, 2017; DOI: 10.1038/s41560-017-0016-9

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