數(shù)百年來，窗戶在我們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在，為我們的家園和工作場所帶來充足的自然光線。但如果這些窗戶也能發(fā)電呢？如果你家簡陋的窗戶可以為你的手機充電，或者燒水呢？

僅在美國就有50至70億平方米的玻璃，太陽能窗戶將成為一個很好地利用太陽能的方式。我們以此為目標，展示了如何使太陽能電池板能夠像窗戶那樣通過足夠的光線。

可再生能源的經(jīng)濟適用性越來越受到歡迎。在澳大利亞和世界其他地區(qū)，硅太陽能電池已經(jīng)在屋頂市場占據(jù)主導(dǎo)地位。屋頂太陽能發(fā)電提供了一種越來越便宜和高效的發(fā)電方式。

但是，雖然屋頂很好，但這些硅板不透明且體積龐大。為了設(shè)計適合窗戶的太陽能電池，我們必須獨辟蹊徑。

當我們將太陽能電池板放在屋頂上時，我們希望它吸收盡可能多的陽光，以便它可以產(chǎn)生最大的功率。對于一個窗戶來說，在吸收光線變成電力和透射光線之間不可避免地存在折衷，從而使我們?nèi)匀豢梢酝高^窗戶看到外面的世界。

考慮到要將電池用作窗戶，一個被稱為平均可見光透射率（AVT）的關(guān)鍵參數(shù)就不容忽視。AVT是透過可見光的百分比（相對于紅外線或紫外線等其他光），即從窗戶的一側(cè)穿過并出現(xiàn)在窗戶另一側(cè)光的百分比。

當然，我們不希望太陽能窗戶吸收太多的光，以至于我們很難看到外面的世界。我們也不希望它透過太多的光線而很難產(chǎn)生太陽能。所以科學(xué)家們一直試圖在高發(fā)電效率和高透射率之間找到一個適中的平衡。

電壓的問題

25％的平均透射率通常被認為是太陽能窗戶的最低標準。但是讓四分之一的光線穿過太陽能電池使得很難產(chǎn)生大量的電流，這就是為什么迄今為止半透明電池的效率很低。

需要注意的是，電力取決于兩個因素：電流和電壓。在我們最近的研究中，我們決定專注于提高電壓。我們仔細選擇了新的有機吸收材料，這些材料已被證明可在非透明電池中產(chǎn)生高電壓。

在使用半透明太陽能電池時，電壓同樣很高，并且透射率不會因為透光而顯著降低。因此，雖然電流降低，但與不透明電池相比，較高的電壓使我們能夠?qū)崿F(xiàn)比先前的半透明電池更高的效率。

有了這些，下一個關(guān)鍵的問題是：如果窗口是由我們的新半透明電池構(gòu)成的，窗戶會是什么樣子？

如果你的朋友穿著紅色襯衫，當你通過一個窗戶看到他們時，他們的襯衫看起來應(yīng)該是紅色。這似乎很明顯，因為那個窗戶一定是玻璃窗。

但是因為半透明的太陽能電池吸收了我們在可見光譜中看到的一些光線，所以我們需要更仔細地考慮這種顯色性能。我們可以通過計算所謂的顯色指數(shù)來測量電池如何準確地呈現(xiàn)圖像。我們的調(diào)查表明，改變吸收層的厚度不僅會影響電池產(chǎn)生的電能，還會改變其準確呈現(xiàn)顏色的能力。

一種具有前瞻性的方法可以得到很好的顯色指數(shù)，就是將有機吸收材料替換成吸收可見光范圍外太陽能量的材料。這意味著這種電池在人眼看來會和普通玻璃一樣，因為太陽能轉(zhuǎn)換發(fā)生在紅外光的范圍內(nèi)。

到目前為止，我們只是在一個小的規(guī)模上創(chuàng)建了這種電池。在我們制造大型、高效率的太陽能窗之前，仍然存在幾個障礙。具體來說，用于從這些電池收集電荷的透明電極可能是脆性的并且含有銦等稀有元素。

如果科學(xué)技術(shù)能夠解決這些問題，大規(guī)模普及太陽能窗戶可能有助于增強可再生技術(shù)產(chǎn)生的電量。

因此，我們雖然還沒見到太陽能窗戶，但我們已經(jīng)接近到足以瞥見它們。