太阳能发电玻璃窗(华东师范大学 李旭瑞)_能源/化工_工程科技_专业资料。太阳能发电玻璃窗 李旭瑞 在当今煤炭、 石油等不可再生能源频频告急的形势下， 太阳能作为一种可再生的绿色能 源，已经得到了人们的广泛关注。利用太阳能直接的手段之一就是利用太阳

　　太阳能发电玻璃窗 李旭瑞 在当今煤炭、 石油等不可再生能源频频告急的形势下， 太阳能作为一种可再生的绿色能 源，已经得到了人们的广泛关注。利用太阳能直接的手段之一就是利用太阳能电池发电。 太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。 它被光照到以后， 由于光生伏特 效应可以产生电压及电流。 太阳能玻璃窗是一种很新鲜的理念。 它在与建筑完美融合的同时还能吸收太阳光产生电 能，是一种能实现“双赢”的技术。图 1 显示的是太阳能发电玻璃窗的简单工作示意图。 图 1 太阳能发电玻璃窗简单工作示意图 前面已经说过， 太阳能电池一般是半导体元件， 一般是制作成薄膜状， 然后被封装起来， 即光伏材料应用于玻璃窗的内部，从而不受天气或者清洗窗户的影响。而作为玻璃窗，在户 外使用，必须要考虑以下因素： 1. 玻璃是要透明的，阳光透过率高； 2. 能经受风雨等自然现象的考验，抗冲击性强，机械强度要好； 3. 抗腐蚀性好，抗老化性好； 4. 热膨胀系数要与建筑材料相匹配。 从目前来看， 超白压花玻璃是满足以上条件的材料， 经过钢化以后广泛应用于太阳 能电池的封装。 它是在超白玻璃表面压制特制的金字塔形花纹而制成的出来的含铁量低、 透光率高、反射率低的压花玻璃，太阳光透射比一般达到 90%以上。所以太阳能电池用的 玻璃的可靠性耐久性已经不是什么大问题， 光透过率和抑制紫外线透过的问题也通过另外一 些技术得到良好的解决。 至于太阳能玻璃窗的核心部分：太阳能电池，目前大致有四代。通常我们把基板硅晶的 成为代太阳能电池，而被称为第二代太阳能电池的薄膜式太阳能能够和建筑页更好的 融合。薄膜太阳能电池材料多用多晶硅，非晶硅，碲化镉，砷化镓以及铜铟镓硒化物等 制成。 当然了， 既然电池主体部分是薄膜半导体， 于是就有科学家制作出了薄膜太阳能电池， 顾名思义，就是薄薄的一层，甚至可以卷起来随身带着的太阳能电池，只需要将它们贴在玻 璃上就能生成电。 尽管为了发电必须有一部分的光被吸收， 但在此同时还要保证薄膜能透过 一部分光，其“贴”在玻璃门窗后会让使用者感觉像装了浅淡的有色玻璃。这样它被生产出来 以后， 可以在制造过程中直接加到玻璃窗或其他建筑材料上， 也可以随时根据需要贴在玻璃 窗上。 第三代电池与前代电池的不同是制程中导入有机物和纳米科技比如染料光敏化太 阳能电池、纳米结晶太阳能电池等。第四代则是针对电池吸收光的薄膜做出多层结构。传统 的太阳能电池进行调整，只能把一定波长的光转化成电能；其余的太阳光谱或者穿过，或者 转换效率低下。量子点已经被看作是一种很有前途的方法，可以制低成本太阳能电池，甚 至可以喷涂到各种表面，很像油漆。量子点大小可进行调节，以吸收不同部分的太阳光谱， 并释放出“热电子（Hot Electron）”并产生电动势。近，多伦多大学研究人员研制出首款双 层量子点太阳能电池。制成分为吸光纳米粒子，即胶体量子点。他们把两种不同类型的量 子点结合在一块太阳能电池中，其中一层量子点经调整，可以捕捉可见光，而另一层捕捉红 外光。 还有科学家发明了一种新型太阳能聚光器， 他们采用了一种包含两种以上涂料的混合 物，这种涂料可以制成彩色，也可以透明无色。以透明色涂在普通玻璃窗上时不会影响采 光。将这些的涂料涂在玻璃窗上，这些涂料能一起工作以吸收大范围的波长，然后以不同波 长重新发射， 并通过嵌板传送给窗边缘的太阳能电池上。 简言之即将不同波长的太阳光集中 为光能， 再由太阳能电池负责把光能转换为电能。 这一技术大大减少了光线在传输途中的损 失，并且便于制造，生产成本相对大面积太阳能电池板玻璃窗大大下降了。 近美国的 Pythagoras 太阳能开发了一种新绿色建筑材料，它同时具节能和高 密度利用太阳能发电的功能，并且美观精致。 与传统的建筑一体化光伏产品不同的是，该 新型太阳能玻璃能够同时阻挡太阳辐射、集中阳光，并将其转换为太阳能。它还能过滤猛烈 的阳光和过高的热度，提供良好的自然采光，减少在白天对人工照明的使用。而且它主要是 利用红外辐射发电，这样既可以发电又可降低昼光温度，并且可见光透光率很好，相信正是 多数向南的办公大楼所需要的。 图 2 美国的 Pythagoras 太阳能开发了一种新绿色太阳能玻璃 太阳能光伏建筑物一体化（BIPV）对太阳能玻璃窗还有一些特殊要求。比如考虑到电 池板的反光而造成光污染的现象， 就会对太阳电池的颜色和反光性提出要求， 即可采用具有 不均匀反光的多晶硅太阳电池组件做幕墙或是玻璃窗。 对于晶体硅电池则可以用腐蚀绒面的 办法将其表面变成黑色或在蒸镀减反射膜的时候加入一些微量原色来改变太阳电池表面的 颜色。 由于太阳能玻璃窗的透光性要求一般选用非晶硅太阳电池， 因为它可制作成茶色玻璃 一般的效果，透光好而且投影十分均匀柔和。而对于本身不透光的晶体硅太阳电池，需要透 光时只能将组件用双层玻璃封装，通过调整电池片之间的空隙来调整透光量。 总之，太阳能玻璃窗用于建筑上的前景是十分诱人的，形象地说它们就像“光伏农场”， 使用了它们就能获得源源不断的能量。它既是玻璃窗，又能吸收太阳能发电。通过采集它发 出的点可以直接用到家用小电器上， 比如可以用于房间冷暖气设的电力供应。 太阳电池可 以和不同的玻璃结合制成各种特殊的玻璃幕墙和天窗，如：隔热玻璃组件、防紫外线玻璃组 件、防盗或防弹玻璃组件、防火组件等等。当然现今主要解决的问题是怎样提高太阳能电 池发光效率以及怎样有效地收集它们生成的电能。 相信随着科技的不断进步， 太阳能将会给 我们带来更多惊喜。 参考文献： 【1】 Solar Generation and Glass，中国玻璃，2011年第4期。 【2】 徐美君，太阳能光伏玻璃及其薄膜的开发与应用，GLASS & ENAMEL , Vol. 39 No.4 Aug 2011 【3】 鲁大学．光伏玻璃的分类与产品适用范围[N]．中国建材报，2010—06—01(29)． 【4】 徐美君．美国2020年前玻璃工业技术发展[J]．玻璃与搪瓷，2007，35(5)：46—48． 【5】 Current quantization in an optically driven electron pump based on self-assembled quantum dots，Nature Physics 7, 423–427 (2011)
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