“量子点太阳能窗户”

材料牛注：近日，洛斯阿拉莫斯国家实验室研究团队研发出了量子点在标准窗玻璃上通过刮刀沉积法制备的低损耗大面积发光太阳能集中器。这一研究是从实验室研究到建筑工地使用转换的重要一步，证明该技术可以使手掌大小的示范模型扩展为足够大的窗户，并放入建筑物为其供电。

在本周的Nature Energy杂志的一篇论文中，洛斯阿拉莫斯国家实验室研究团队展示了采用量子点和太阳能窗户，从实验室到建筑工地转换的重要一步，证明该技术可以使手掌大小的示范模型扩展为足够大的窗户，可以放入建筑物并为其供电。

首席科学家Victor Klimov说：“我们正在利用基于发光太阳能聚光器的量子点来开发太阳能聚光器，它将用于从建筑物窗口收集阳光，并将其转化为电能。”Klimov领导了洛斯阿拉莫斯先进太阳能光物理中心（CASP）。

发光太阳能聚光器（LSC）是一种光管理器件，可用作光伏电池的大面积太阳光收集器。 LSC由浸透或涂覆有高发射性荧光团的透明玻璃或塑料板构成。 在吸收照射到大面积的板表面上的太阳光之后，LSC荧光团以较低能量再发射辐射量子，并且这些量子被全内反射引导到器件边缘，在那里它们被光伏电池收集。

在洛斯阿拉莫斯，研究人员扩大了能源生产的选择，同时最小化其对环境的影响，以支持该实验室为加强国家的能源安全工作的使命。

在Nature Energy的文章中，团队报告了使用“刮刀”技术创建的大型LSC窗口，即在商业使用的大面积玻璃板的顶部沉积点/聚合物复合物的薄层。 “刮刀”技术来自于印刷领域，即使用刮刀擦除表面过多的液体材料，例如油墨，从而留下薄的、高度均匀的膜。“在LSC器件中使用的量子点已经被专门设计出作为LSC荧光团的最佳性能，并且显示出与聚合物材料良好的相容性，它们可以在窗口表面上保持，”Klimov指出。

LSCs使用胶体量子点来收集光，因为它们具有诸如可广泛调谐的吸收和发射光谱，几乎100％的发射效率，高的光稳定性（它们在阳光下不分解）的性质。

如果LSC的成本远低于具有可比表面积的光伏电池的成本，并且LSC效率足够高，则可以显著降低生产太阳能电能的成本，Klimov说。“半透明LSCs还可以启用新型设备，如太阳能或光伏窗，可将当前被动式建筑的外立面转变为发电单元。

在本研究中使用的量子点是具有一种材料的核和另一种材料的壳的半导体球。 它们的吸收和发射光谱可以通过改变核与壳的尺寸和/或组成几乎独立地调节。 这允许发射光谱通过量子点的芯的参数调谐到低于强烈的光吸收，其本身由量子点的壳的参数调节。结果，这样大大降低了由于自吸收造成的光损失。“这种可调谐性是这些特别设计的量子点的关键特性，这样的特性导致尺寸可记录且高性能的LSC器件，”Klimov说。

其中，“LSC量子点”由Jaehoon Lim（博士后研究员）合成。 Hongbo Li （博士后研究员）和Kaifeng Wu （博士后研究员）开发了将量子点封装到聚合物基质中，并通过刮刀将它们沉积到玻璃板上的途径。 Hyung-Jun Song（博士后研究员）制作了完整的LSC太阳能电池器件的样品并对其进行了表征。

原文链接：Quantum-dot solar windows evolve with 'doctor-blade' spreading。

文献链接：Doctor-blade deposition of quantum dots onto standard window glass for low-loss large-area luminescent solar concentrators。

本文由编辑部杨超提供素材，豆慧敏编译，点我加入材料人编辑部。