將一層兼具發(fā)電和隔熱功能的半透明光伏薄膜附著于窗戶玻璃上，可使房屋在夏天保持涼爽，冬天保持溫暖。這一既提高能源產(chǎn)率又減少能源消耗的革命性設(shè)計(jì)由華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)完成。
日前，這一研究成果以論文的形式發(fā)表在國(guó)際頂尖期刊Cell的子刊JOULE上。該論文第一作者為孫辰、夏若曦，通訊作者為葉軒立教授、黃飛教授，華南理工大學(xué)作為論文第一單位。
據(jù)了解，研究團(tuán)隊(duì)將有機(jī)半導(dǎo)體材料制成半透明、質(zhì)輕的薄膜，可使玻璃窗成為發(fā)電設(shè)備和隔熱設(shè)備。這種新型玻璃薄膜能讓可見(jiàn)光透過(guò)，并通過(guò)多層薄膜結(jié)構(gòu)隔斷紅外波段光線，同時(shí)對(duì)近紅外波段的光進(jìn)行吸收利用，因而同時(shí)滿足透光、阻隔熱量和采光發(fā)電3個(gè)要求（見(jiàn)下圖）。研究顯示，使用這種同時(shí)具備發(fā)電和隔熱效果的薄膜，理論上可幫助住戶節(jié)省超過(guò)50%的用電量。
半透明太陽(yáng)電池薄膜實(shí)物透光示意圖。重點(diǎn)在于平衡以下三方面的指標(biāo):
(1)電池效率-PCE, (2)可見(jiàn)光透明度-AVT, (3)紅外阻隔率-HR
葉軒立教授介紹說(shuō)，這種薄膜的隔熱率可在75%到90%的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，與市場(chǎng)中優(yōu)質(zhì)的玻璃隔熱膜水平相當(dāng), 而其光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)9%，比現(xiàn)在基于非晶硅的半透明光伏電池還要高。值得一提的是，這一研究是結(jié)合多領(lǐng)域應(yīng)用的初次嘗試，所以就光電轉(zhuǎn)換性能來(lái)看，此電池性能仍有很大提升空間。此外，在低光強(qiáng)照射下，這種薄膜的光電轉(zhuǎn)換效率反而更高，因此還有望利用夜晚的室內(nèi)燈光產(chǎn)生可觀電能。
葉教授認(rèn)為目前結(jié)合隔熱功能的半透明太陽(yáng)電池僅僅是有機(jī)太陽(yáng)電池領(lǐng)域的一個(gè)新的探索。除此之外，在該領(lǐng)域內(nèi)仍有很多其它可能的應(yīng)用值得開(kāi)發(fā)，例如，將半透明太陽(yáng)電池薄膜應(yīng)用到植物溫室上，實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫室的獨(dú)立自供能，這也是非常有前景的一個(gè)項(xiàng)目。
據(jù)了解，葉軒立教授同時(shí)擔(dān)任華南協(xié)同創(chuàng)新研究院印刷新型太陽(yáng)能電池創(chuàng)新中心主任，目前其研究成果已在華南協(xié)同創(chuàng)新研究院落地并逐步實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。未來(lái)也會(huì)進(jìn)一步與建筑界和農(nóng)業(yè)界合作，探索這種新型光伏電池在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。
論文鏈接：https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30242-3
