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美国密歇根州立大学（MSU）的一组研究人员开发了一个完全透明的太阳能电池板，这一突破可以在建筑领域以及其他领域以及移动电子或汽车行业等其他领域应用。

Zhao Yimu（Sound）专家提升透明发光太阳能集中器模块- 摄影：Zhao Yimu

MSU团队已经开发了一个透明的太阳能电池板（TLSC），可以放置在窗口或任何其他透明表面上。集中器可以收集太阳能而不会影响光传递。该技术使用有机分子吸收人眼看不见的光波长，例如红外和紫外线。

图片显示了一个透明的太阳能电池板，并在背景中带有五颜六色的传统太阳能电池板。新的LSC可以产生太阳能，但在窗户或其他透明表面上不可见- 密歇根州立大学，由GL Kohuth拍摄

“我们可以调整这些材料，以便它们仅吸收紫外线和近红外波长，然后在红外光中的另一个波长中'发光'” - 密歇根州立大学工程学院化学工程和材料科学助理教授Richard Lunt。将捕获的能量转移到面板的轮廓上，在该图案中，通过光伏太阳能电池的灌木丛将其转换为电能。

技术原则

从科学上讲，透明的太阳能电池板有点矛盾。太阳能电池，尤其是光伏电池，通过吸收光子（阳光）并将其转换为电子（电）来产生能量。如果材料是透明的，则意味着所有光线都穿过介质进入您的眼睛。这就是为什么以前的透明太阳能电池实际上只是部分透明的原因，即使如此，它们通常会施放五颜六色的阴影。

为了克服这一限制，密歇根州立大学的研究人员使用了一种略有不同的技术来收集阳光。它们没有尝试创建透明的光伏电池（几乎是不可能的），而是使用透明的发光太阳能冷凝器（TLSC）。发光太阳能冷凝器（LSC）是一块透明的塑料或玻璃嵌入或涂有荧光染料或量子点的玻璃。染料吸收光，然后发出荧光，从而产生一种光泽，通过总内部反射到薄板的边缘，在薄板的边缘，在该边缘被狭窄的太阳能电池吸收。这是一项有前途的技术，因为它可以收集几乎透明的玻璃面积，同时使用昂贵的太阳能电池较小的区域。浓度系数是孔与边缘的比率。可以调节发光材料以在某些波长（例如紫外线）和更长的波长下重新发射发射，从而吸收硅的吸收是最佳的。 [研究论文：doi：10.1002/adom.201400103 - “近红外收集透明的光发射太阳能集中器”]

如果仔细观察，您会在材料块边缘看到几个黑色条。但是，活性有机材料和整个太阳能电池板是高度透明的。

TLSC原型目前的效率约为1，但他们认为一旦生产开始，就可以达到10。最大的非透明发光冷凝器约为7。这些数字本身并不是很大的数字，而是从更大的角度（房屋或办公楼中的每个窗口），可以累积这些数字。而且，尽管我们可能不会讨论可以无限期运行的智能手机或平板电脑运行的技术，而用TLSC代替设备的显示可以为您节省几分钟或数小时的电池寿命。

伦特在接受密歇根州立大学的《今日博客》采访时说：“这为以非侵入性方式开发了许多领域来以非侵入性的方式部署太阳能。” “它可以在具有许多窗户的高层建筑物中使用，或任何需要高审美质量的移动设备，例如手机或电子阅读器。最终，我们将制作太阳能热收集表面，甚至不知道它。”

研究人员认为，该技术可以一直从大型工业和商业应用程序扩展到消费设备，并保持价格合理。大规模采用太阳能的最大障碍之一是太阳能电池板的侵入性和障碍- 显然，如果我们能够从看起来像常规玻璃床单的玻璃和塑料板上产生大量的太阳能，那将是令人难以置信的。

这种开发将最大程度地利用建筑物的外墙，因为垂直高度通常大于屋顶的高度，尤其是对于玻璃窗帘墙壁建筑。因此，在不更改建筑物设计的情况下，透明太阳能电池板的太阳能集合可以轻松地集成到旧建筑物中。

早期研究

早在2011年，麻省理工学院电子研究实验室的博士后研究员de Richard Rent博士就已经开始在该领域进行研究。他在当年接受《纽约时报》的采访中说：“我们认为将它们整合到高层建筑中有很大的潜力。”

以前的透明太阳能电池的尝试要么无法达到高效率，要么无法阻止过多的光线无法在窗户中使用。但是，该新细胞基于类似于染料和颜料的有机分子，这些分子被定制为仅吸收近红外光谱，并有可能以相对较高的效率将光转化为电能。

在开发新太阳能电池的商业应用中，最大的挑战将是寿命。可以将单元格包裹在双窗格式窗口的中间，这将为元素提供保护。但是，电池寿命仍然需要接近窗户本身的寿命，只能在数十年后更换。

麻省理工学院电气工程教授弗拉基米尔·布洛维奇（Vladimir Bulovic）说：“要使此功能真正有用，必须扩展它，并确保它持续至少20年，甚至更长。” “以前的工作是为了延长具有有机太阳能电池特征的有机发光二极管或LED的寿命，这表明寿命并不是一个特别困难的问题。“目前，这是一个工程问题。”他说，我希望这些问题将在十年内解决。”

如果可以将电池制造成耐用，则可以相对廉价地集成到窗户中，因为常规光伏电池的大部分成本不是太阳能电池本身，而是来自安装在铝和玻璃上的材料。用太阳能电池涂上现有结构将消除一些物质成本。

伦特博士说，如果透明的电池最终证明是商业上可行的，那么它们产生的能源将*抵消大型建筑物的能源消耗。

目前，该团队正在努力提高能源生产效率，目前为1。目标是超过5。如果成功开发，材料的应用潜力将是无限的。密苏里州立大学研究团队的成员包括Yimu Zhao，Benjamin Levine和Garrett Meek。

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