发光的太阳能波导窗口从内部和外部产生能量

窗玻璃边缘带太阳能电池

莱斯大学的工程师们设计并建造了窗玻璃,可以将室内的阳光或照明重定向到边缘带太阳能电池上。中心层是一种充当波导的共轭聚合物。Credit: Yilin Li/Rice University

莱斯大学的工程师们开发了一种聚合物内核,可以将任何光源的光线重定向到太阳能电池上。

莱斯大学的工程师为下一代能源收集提出了一种彩色的解决方案:在你的窗户上安装发光太阳能聚光器(LSCs)。

由Rafael Verduzco和Proddoctoral研究人员领导和领导作者伊林李米牛棕色工程学院,该团队设计和建造了脚踏板“窗口”,夹在两个透明丙烯酸板之间的共轭聚合物。

薄的中间层是秘密酱。它设计用于在特定波长中吸收光,并将其引导到与太阳能电池内衬的面板边缘。缀合的聚合物是化学化合物,其可以用特定的化学或物理性质调节各种应用,如用于生物医学装置的导电膜或传感器。

水稻实验室的聚合物化合物称为PNV(对于聚氧化萘 - 乙烯基])并吸收并发射红光,但调节分子成分应使其能够以各种颜色吸收光。诀窍是,作为波导,它接受来自任何方向的光,而是限制它如何离开,将其集中在将其转换为电力的太阳能电池上。

房屋窗玻璃边带太阳能电池

莱斯大学的工程师们设计了一种使用窗玻璃的住宅概念,可以将内外光线重定向到边缘带太阳能电池上。Credit: Yilin Li/Rice University

“这项研究的动机是通过集成光伏来解决建筑的能源问题,”李说,他作为“智能玻璃”比赛的一部分开始了这个项目。“现在,太阳能屋顶是主流的解决方案,但你需要让它们朝向太阳,以最大化其效率,而且它们的外观不是很令人满意。

“我们想,为什么我们不能制作色彩缤纷,透明或半透明的太阳能集热器,并将它们应用于建筑物的外部?”他说。

这项研究显示在期刊上聚合物国际

不可否认,赖斯团队的测试单元产生的电量远远低于普通商业太阳能电池收集的电量,后者通常将约20%的阳光转化为电能。

伊琳李

赖斯大学博士后研究员李亦琳展示了一块发光的窗玻璃,窗玻璃的中心是共轭聚合物,它充当波导,将特定频率的光发送到边缘,在那里它可以被太阳能电池吸收。Credit: Yilin Li/Rice University

但LSC Windows永远不会停止工作。当太阳落山时,他们乐意回收从建筑物内部的光线。事实上,测试显示它们在从LED转换的环境光比从阳光直射地转换为阳光,即使阳光较强。

“即使在室内,如果你拿着一个面板,你可以看到边缘上的非常强烈的光致发光,”李说,展示。他测试的面板显示出电源转换效率高达2.9%,直到阳光直射和环境LED灯下的3.6%。

根据Verduzco的说法,在过去十年中已经开发了各种类型的发光小孔,但很少与共轭聚合物相结合。

“使用共轭聚合物的部分问题是它们的应用是它们可以迅速地是不稳定和降级的,”化学和生物分子工程教授和材料科学和纳米工程教授verduzco说。“但我们已经了解了很多关于提高近年来共轭聚合物的稳定性,并且在未来,我们可以为稳定性和所需的光学性能设计聚合物。”

实验室还模拟了从120平方英寸的面板返回的能量。他们报告说,这些太阳能板提供的能量会少一些,但仍能满足家庭的需求。

李教授指出,这种聚合物还可以转换来自红外线和紫外光的能量,使这些面板保持透明。

他说:“聚合物甚至可以在面板上打印出图案,这样它们就可以变成艺术品。”

引用:“基于荧光共轭聚合物的高性能混合发光-散射太阳能聚光器”,作者:Yilin Li, Yujian Sun, Yongcao Zhang, Yuxin Li and Rafael Verduzco, 2021年1月13日,聚合物国际
DOI:10.1002 / PI.6189

合著者是华盛顿大学校友Yujian Sun;休斯顿大学研究生Zhang Zhang Zong副助理,辛辛那提大学研究生助理。

Solera City Energy支持该研究。

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