伦敦大学学院的研究人员开发出一种半透明太阳能窗。这种窗户可以利用日光和室内照明发电。该研究成果发表在《先进能源材料》杂志上。它向建筑师和业主提出了一个实际问题：玻璃能否成为一种能源？
这项研究由国际团队组成，由伦敦大学学院（UCL）牵头。伦敦大学学院的莫杰塔巴·阿卜迪-贾莱比博士表示，他们的研究动机在于更好地利用现代建筑中尚未充分利用的最大表面之一：玻璃。许多城市的屋顶已经安装了太阳能电池板。然而，办公楼和住宅的大面积窗户作为一种能源资源，却大多未被充分利用。
Windows 的工作原理
这种电池采用钙钛矿材料，这是一种吸光晶体材料，在过去十年中引起了广泛的研究兴趣。钙钛矿吸收层厚度仅为185纳米，远薄于传统的钙钛矿层。研究团队对其进行了优化，使其能够高效地吸收室内光线。计算机建模从一开始就决定了层状结构。
这款原型玻璃的透光率约为30%。普通玻璃的透光率通常为80%至90%。这种部分着色的设计是透明度和能源效率之间工程上的权衡。
电极设计本身就极具挑战性。研究团队采用了一种特殊的结构：在两层氧化钼之间夹入一层薄薄的金片。这种结构既能导电，又能透光。而传统的金属层则会阻挡过多的光线。
研究人员还在晶胞结构中添加了一种名为3-三氟甲基-1H-1,2,4-三唑的分子。它可以减少电子缺陷并提高晶格的稳定性。
测试中的表现
研究团队测试了一块尺寸为 30 厘米 x 30 厘米的面板。在明亮的室内照明条件下，该装置能将 22% 的入射光转化为电能；在阳光直射下，转化率为 14%。在标准的加速耐久性测试中，该裸露的面板在 300 小时后仍保持了 80% 的效率。
第一作者黄思明表示，局部着色效果还可以降低制冷需求，因为它能减少进入建筑物的热量。这使得这项技术在炎热地区尤为重要。在这些气候条件下，空调消耗的电力占很大比例。
该技术户外转换效率为14%，低于商用硅太阳能电池板的20%至23%的典型水平。然而，其室内转换效率为22%，在环境光应用方面具有竞争力。目前该技术仍处于实验室规模。300小时的耐久性测试时间短于商业部署所需的数十年性能保证。
一个不断发展的领域
伦敦大学学院的研究处于太阳能研究领域一个快速发展的阶段。其他研究表明，可以通过调节半透明钙钛矿电池的性能，在可见性和能量输出之间取得平衡。研究人员还探索了混合自组装单层界面、环境空气制备方法以及柔性衬底结构。无论是在学术界还是商业领域，人们对透明光伏技术的兴趣都在稳步增长。
建筑一体化光伏市场仍在发展中。钙钛矿电池面临着诸多问题，例如长期稳定性以及许多配方中铅的存在，这些问题都已被广泛讨论。监管和商业方面的障碍依然巨大。伦敦大学学院的研究团队已经展示了一种可行的方案，但从实验室到建筑外立面的应用仍需经历许多步骤。
接下来是什么
研究人员表示，他们的长期目标是开发柔性太阳能薄膜。这种薄膜可以应用于曲面玻璃、车辆、天窗和其他透明表面。这将使能源建筑的应用范围远远超出传统的窗户玻璃。目前尚未公布商业化时间表。
对于关注能源转型的投资者和政策制定者而言，伦敦大学学院的研究成果是一个值得关注的数据点。据国际能源署统计，建筑能耗约占全球能源消耗的40%。利用现有建筑表面发电的技术无需占用新土地即可降低电网负荷。玻璃集成太阳能发电便是此类技术之一。
该研究成果发表于《先进能源材料》期刊。这项工作由伦敦大学学院牵头，并与一个国际团队合作完成。研究的全部细节，包括方法论和材料表征，均可在已发表的论文中找到。
