讓 '智能窗戶' 具有發電的能力是未來的發展方向, 而科學家們則更進一步, 他們將讓 '智能窗戶' 廣泛應用在人們的日常生活中.
染料敏化太陽能電池是模仿光合作用原理, 研製出來的一種很薄的柔性材料, 可以產生透明的電子電路, 將這種材料嵌在窗戶裡裝上牆, 該建築物就可以使用這種窗戶供電. 總有一天, 這種材料將會比現在的太陽能電池板技術更具備優勢, 但是, 由於對分子水平上光敏染料與半導體表面是如何相互作用的缺乏了解, 使得該技術至今仍然無法進一步提高效率.
今年早些時候發表在《Nanoscale》期刊上的一項研究進一步揭示了染料和半導體表面相互作用的機理. 來自劍橋大學的科學家們在美國能源部阿貢國家實驗室研究出的這項結果, 可以幫助研發一項新技術, 通過利用窗戶的表面產生電能, 來幫助城市變得更節能.
該研究類比了有機染料和半導體表面之間組裝完全的太陽能電池窗戶, 以及其中工作電極的分子結構, 該電極為導體, 電流將從此經過. 敏化染料則吸附在納米多孔二氧化鈦膜面上, 從防晒霜到顏料, 食用色素, 到處都有二氧化鈦的身影. 此前的研究已經類比了組成太陽能電池窗的單個部件的分子結構, 但並沒有考慮到太陽能電池的每一個部件的化學成分可能對太陽能電池的效率所造成的影響.
該研究的作者, 劍橋大學分子工程研究小組組長Jacqui Cole在一份聲明中說道: '我們的研究已經證明了某些化學成分能夠明顯對太陽能電池的光伏性能造成影響, 而其中的一些成分此前一直都被忽略了. 我們只需要適當地提高這些太陽能電池的性能, 就可以使得它們更加具有競爭力, 因為價格與性能的關係決定了太陽能電池產業的經濟性. 與其它太陽能電池技術相比, 製造染料敏化太陽能電池的成本非常便宜. '
最近也有一些其它研究正在研製類似的技術, 期望可以有效地在廣泛的範圍內吸收陽光獲得電能. 來自密西根州立大學的研究人員建造了類似的透明太陽能電池板, 據科學家稱, 如果該技術能夠應用於該國數十億平方米的可用玻璃表面, 那就可能可以完全替代掉化石燃料. 而來自麻省理工學院的另一項研究則將人工DNA螺旋結構與染料結合在一起來獲取光能, 儘管這種特殊的機制目前還沒有被製成像窗戶或紡織品這樣的材料.
在Cole的研究中, 進一步了解染料與二氧化鈦結構之間的相互作用, 將可以通過合理的設計, 為獲得更加合適的染料敏化太陽能電池的染料的分子工程提供一個 '工具' . 這種染料可以幫助人工材料從太陽中獲取光, 類似於植物在光合作用過程中採光的方式. 染料分子在陽光照射中被激發出來, 使得能量通過可導電的二氧化鈦流動, 這樣染料就被吸收了.
Cole表示: '這便激發了迴路中的電流. '
而他們使用了一種名為 'MK-2' 的有機染料, 該材料目前還處於實驗室的試驗階段. 但金屬有機染料已經開始商業化了. Cole還指出, 一幢位於奧地利格拉茨的塔型建築已經在塔頂部分使用了發電窗戶.
'至此, 使用這種技術的太陽能窗戶的商業化正在積極地推進當中, 而部分由它們提供動力的示範性建築也已經建造出來了. '
