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【中玻網(wǎng)】美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實(shí)驗室基于量子點(diǎn)技術(shù)創(chuàng )造出新的雙層太陽(yáng)能玻璃窗,兩片窗戶(hù)分別處理高能和低能光子,隨著(zhù)尺寸加大,將能以更低成本提高發(fā)電效率。
如果20世紀發(fā)明的塑料袋對人類(lèi)生活起了天翻地覆的作用,那么在21世紀,量子點(diǎn)就像塑料一樣,于材料科學(xué)應用方面起到成本相對便宜的作用。
量子點(diǎn)(quantum dot)是半導體材料的納米級粒子,它們因為電子屬性可以被準確設計、在收集太陽(yáng)光時(shí)表現出獨特行為而獲得“人造原子”的稱(chēng)號。
在玻璃窗上涂一層量子點(diǎn)將之變成太陽(yáng)能窗,聽(tīng)起來(lái)是個(gè)簡(jiǎn)單的方法,但是存在一個(gè)問(wèn)題:量子點(diǎn)往往會(huì )“吞下”能量而不“吐出”,因此新的雙層太陽(yáng)能玻璃窗除了采用量子點(diǎn)結構外,還依賴(lài)了另一種稱(chēng)為太陽(yáng)能頻譜分離(solar spectrum splitting)的技術(shù)。
窗戶(hù)分為前層與后層,高度摻雜錳的量子點(diǎn)沉積在前層表面,負責吸收藍光和紫外光,而當量子點(diǎn)吸收太陽(yáng)光子時(shí)錳離子會(huì )被激活,以低于量子點(diǎn)吸收能量的門(mén)檻將光發(fā)射,使能量較低的光子無(wú)法被“重吸收(reabsorption)”,幾乎完全清理量子點(diǎn)自身吸收造成的損失,高能光子也可以產(chǎn)生較高的光電壓,提升整體功率輸出。
而摻雜銅銦硒化物的量子點(diǎn)則沉積在后層表面,負責拾取頻譜上的其他光線(xiàn)。
兩片窗戶(hù)各自處理高能和低能光子,吸收之后,量子點(diǎn)重新發(fā)射更長(cháng)波長(cháng)的光,這些光被全內反射現象(注)引導到窗口邊緣,集成在窗框中的太陽(yáng)能電池接下這一棒,將之收集并轉換成電力。
不過(guò),目前研究實(shí)驗下的太陽(yáng)能轉換效率只有3.1%,還有待進(jìn)一步改進(jìn)。這項研究發(fā)布在《Nature Photonics》期刊。
注1:全內反射,又稱(chēng)全反射(total reflection),是一種光學(xué)現象,當光線(xiàn)經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同折射率的介質(zhì)時(shí),部份光線(xiàn)會(huì )于介質(zhì)界面被折射,其余的則被反射。但當入射角比臨界角大時(shí)(光線(xiàn)遠離法線(xiàn)),光線(xiàn)會(huì )停止進(jìn)入另一界面,反之全部向內反射。
注2:光子頻率越高則能量越高,紫外光、X光、伽馬射線(xiàn)都屬于高能光子。
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