讓“智能窗戶”具有發(fā)電的能力是未來(lái)的發(fā)展方向，而科學(xué)家們則更進(jìn)一步，他們將讓“智能窗戶”廣泛應(yīng)用在人們的日常生活中。

染料敏化太陽(yáng)能電池是模仿光合作用原理，研制出來(lái)的一種很薄的柔性材料，可以產(chǎn)生透明的電子電路，將這種材料嵌在窗戶里裝上墻，該建筑物就可以使用這種窗戶供電。總有一天，這種材料將會(huì)比現(xiàn)在的太陽(yáng)能電池板技術(shù)更具備優(yōu)勢(shì)，但是，由于對(duì)分子水平上光敏染料與半導(dǎo)體表面是如何相互作用的缺乏了解，使得該技術(shù)至今仍然無(wú)法進(jìn)一步提高效率。


今年早些時(shí)候發(fā)表在《Nanoscale》期刊上的一項(xiàng)研究進(jìn)一步揭示了染料和半導(dǎo)體表面相互作用的機(jī)理。來(lái)自劍橋大學(xué)的科學(xué)家們?cè)诿绹?guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究出的這項(xiàng)結(jié)果，可以幫助研發(fā)一項(xiàng)新技術(shù)，通過(guò)利用窗戶的表面產(chǎn)生電能，來(lái)幫助城市變得更節(jié)能。

該研究模擬了有機(jī)染料和半導(dǎo)體表面之間組裝完全的太陽(yáng)能電池窗戶，以及其中工作電極的分子結(jié)構(gòu)，該電極為導(dǎo)體，電流將從此經(jīng)過(guò)。敏化染料則吸附在納米多孔二氧化鈦膜面上，從防曬霜到顏料、食用色素，到處都有二氧化鈦的身影。此前的研究已經(jīng)模擬了組成太陽(yáng)能電池窗的單個(gè)部件的分子結(jié)構(gòu)，但并沒(méi)有考慮到太陽(yáng)能電池的每一個(gè)部件的化學(xué)成分可能對(duì)太陽(yáng)能電池的效率所造成的影響。

該研究的作者，劍橋大學(xué)分子工程研究小組組長(zhǎng)Jacqui Cole在一份聲明中說(shuō)道：“我們的研究已經(jīng)證明了某些化學(xué)成分能夠明顯對(duì)太陽(yáng)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(dāng)?shù)靥岣哌@些太陽(yáng)能電池的性能，就可以使得它們更加具有競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)閮r(jià)格與性能的關(guān)系決定了太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。與其它太陽(yáng)能電池技術(shù)相比，制造染料敏化太陽(yáng)能電池的成本非常便宜。”

最近也有一些其它研究正在研制類似的技術(shù)，期望可以有效地在廣泛的范圍內(nèi)吸收陽(yáng)光獲得電能。來(lái)自密歇根州立大學(xué)的研究人員建造了類似的透明太陽(yáng)能電池板，據(jù)科學(xué)家稱，如果該技術(shù)能夠應(yīng)用于該國(guó)數(shù)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(lái)自麻省理工學(xué)院的另一項(xiàng)研究則將人工DNA螺旋結(jié)構(gòu)與染料結(jié)合在一起來(lái)獲取光能，盡管這種特殊的機(jī)制目前還沒(méi)有被制成像窗戶或紡織品這樣的材料。

在Cole的研究中，進(jìn)一步了解染料與二氧化鈦結(jié)構(gòu)之間的相互作用，將可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，為獲得更加合適的染料敏化太陽(yáng)能電池的染料的分子工程提供一個(gè)“工具”。這種染料可以幫助人工材料從太陽(yáng)中獲取光，類似于植物在光合作用過(guò)程中采光的方式。染料分子在陽(yáng)光照射中被激發(fā)出來(lái)，使得能量通過(guò)可導(dǎo)電的二氧化鈦流動(dòng)，這樣染料就被吸收了。

Cole表示：“這便激發(fā)了回路中的電流。”

而他們使用了一種名為“MK-2”的有機(jī)染料，該材料目前還處于實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)階段。但金屬有機(jī)染料已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化了。Cole還指出，一幢位于奧地利格拉茨的塔型建筑已經(jīng)在塔頂部分使用了發(fā)電窗戶。

“至此，使用這種技術(shù)的太陽(yáng)能窗戶的商業(yè)化正在積極地推進(jìn)當(dāng)中，而部分由它們提供動(dòng)力的示范性建筑也已經(jīng)建造出來(lái)了。”