聚合物层"光波导"帮助光学窗户产生能量

智能窗口技术的进步将发光太阳能聚合器 （LSCs） 集成到窗口或玻璃板设计中。来自赖斯大学布朗工程学院的一个团队设计了平方英尺大小的"窗户"，在两块透明丙烯酸板之间放置了一个拼合聚合物。集成光电技术的动力源于"智能玻璃"竞争，旨在解决建筑结构面临的能源产生和效率问题。

在窗口结构中，薄的中间层吸收特定波长的光，并引导它到太阳能电池连接的面板边缘。结合聚合物是某些化学或物理特性可调谐的特定化合物，因此在各种应用中都很有用，包括作为生物医学器件的导电薄膜或传感器。在赖斯大学团队的设计中，聚合物层充当波导，吸收和发出红光。然而，通过调整聚合物化合物的分子"成分"，它被称为PNV（poly[naphthalene-alt-vinylene]），研究人员使使该层吸收了多种颜色的光。

赖斯大学的工程师设计并建造了玻璃板，将阳光或照明光从室内重新定向到边缘带的太阳能电池。中央层是作为波导的拼合聚合物。Yilin Li供图。

作为波导，该层接受来自任何方向的入射光，同时限制光线通过和离开的方式，将光线集中到太阳能电池上，在那里将光转化为电能。博士后研究员，这项研究的主要作者Yilin Li介绍说，虽然太阳能屋顶结构是建筑物发电和集电的主流解决方案，但这些太阳能电池板必须面向太阳，这样才可以达到最大的效率。Li说，新的研究工作提供了多重颜色、透明和半透明的面板，这些面板可以定位在建筑物的外部，并且以更具视觉吸引的方式展现。

目前，团队成员报告说，玻璃板结构产生的光线远远低于商业上可用太阳能电池板的平均水平：这些商用太阳能面板能够将大约20%的阳光转化为电能。尽管如此，LSC的窗户还是显示出了从结构内部回收光的能力，在除白天以外的时间将其转化为电能。测试还表明，LSC 窗口在转换LED发出的光方面比转换直射的阳光更加有效。 LED的光线比直射的阳光弱约100倍。"即使在室内，如果你举起一个面板，你可以在边缘看到非常强烈的光致发光，"李说。测试的面板显示，功率转换效率在阳光直射下高达2.9%，而在室内LED灯下的功率转换效率高达3.6%。

赖斯大学化学和生物分子工程系副教授Rafael Verduzco说，尽管研究小组在过去十年中引入了多种不同的发光体设计，但这些设计很少用在拼合聚合物上面。其不稳定性和性能退化限制了其应用。"但是近年来，我们在提高拼合聚合物的稳定性方面学到了很多东西，将来我们可以设计出具有稳定性以及具有光学特性的聚合物，"他说。该实验室模拟了大到120英寸平方的面板能量的回收。研究人员报告说，虽然这些面板将提供少量的能量，但是它仍然能够满足一个家庭的需求。Li说，聚合物可以在面板内印成图案，也可以调整以转换从红外线和紫外线的能量。这将使面板保持透明。

研究团队成员来自赖斯大学、休斯顿大学和辛辛那提大学。这项研究得到了索莱拉城市能源公司（Solera City Energy）的支持，发表在《Polymer International》（www.doi.org/10.1002/pi.6189）上。