【钙钛矿技术】太阳能窗户可将玻璃摩天大楼的排放量和能源使用量减少 40%

原创 零碳达人立青 绿建节能方向标 2022-12-04 08:05 发表于上海

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太阳能窗户可将玻璃摩天大楼的排放量和能源使用量减少 40%，国家可再生能源实验室的研究人员模拟了光伏在高度玻璃化的摩天大楼中的好处。首先我们了解另外一个消息：

全钙钛矿叠层太阳能电池：效率 27.4%

美国和加拿大的一个研究小组建造了一种全钙钛矿串联太阳能装置，其开路电压达到破纪录的 2.19 eV，这是通过减少电子传输层的复合实现的。

来自西北大学、 多伦多大学和 托莱多大学的科学家们 制造了一种全钙钛矿串联太阳能电池，由于电子传输层 (ETL) 的复合有限，因此具有高开路电压 (VOC)。

他们最初在钙钛矿层的表面涂上了一种称为 1,3-丙二铵 (PDA) 的物质。这增加 了光致发光量子产率 (PLQY)，将发射的光子数定义为吸收的光子数的一部分。 然后，他们将钙钛矿薄膜旋涂到氧化铟锡 (ITO) 基板和 ETL 上，并沉积了由巴克明斯特富勒烯 (C60) 制成的电子传输层。

“PDA带有正电荷，它能使表面电势均匀，”陈浩研究员说。“当我们添加涂层时，钙钛矿层与电子传输层的能量对齐要好得多，这大大提高了我们的整体效率。”

常见的一铵表面处理不会使钙钛矿薄膜和 ETL 能量对齐，但二铵分子具有改变钙钛矿表面状态并实现更均匀的表面电位空间分布的能力。

“使用 1,3-丙烷二铵 (PDA)，QFLS 增加了 90 meV，”科学家解释说。

该电池实现了 26.3% 的功率转换效率和 2.13 eV 的开路电压，通过了美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 的认证。在连续运行 500 小时后，该电池还能够保持其初始效率的 86%。

科学家们表示，电池原型甚至达到了 27.4% 的内部认证效率，创纪录的 2.19 eV 开路电压，15.1 mA/cm 2的短路电流 ， 以及 83.1% 的填充因子.

“由于经 PDA 处理的宽带隙子电池的高 VOC，2.19 V VOC 比之前报道的最佳全钙钛矿串联 (2.05 V) 的最高 VOC 有了显着改善，”他们说。

他们在最近发表在 《自然》杂志上的“调节表面电位使全钙钛矿串联中的电压最大化”一文中描述了这种电池技术。

“在我们的电池中，顶部的钙钛矿层在光谱的紫外线部分以及一些可见光中吸收良好，”研究员李崇文说。“底层有一个窄带隙，它更倾向于光谱的红外部分。在两者之间，我们覆盖的频谱比硅所能覆盖的频谱更多。”

下面我们讲太阳能光伏在高层建筑中的节能贡献，在许多主要大都市地区隐约可见的是高大的、有窗户的摩天大楼。这些高度玻璃化的建筑并不是特别高效，但发表在One Earth 上的研究发现，光伏窗户可以提供很大帮助。

“对于节能建筑的外观存在先入为主的观念，它通常没有高度玻璃化，而且可能不是很高，”NREL 专门研究将光伏技术集成到窗户中的科学家 Lance Wheeler 说。“我们发现还有其他方法可以建造高效建筑。”

美国国家可再生能源实验室 (NREL) 的一个团队发现，高度玻璃化的摩天大楼可以通过 PV 窗户减少 40% 的能源使用和相关的碳排放。

双胞胎兄弟 Lance 和 Vincent Wheeler 开发了一种新的开源软件，可在 GitHub 上获取，称为PVWindow来模拟该技术的影响。兄弟俩与 NREL 科学家 Janghyun Kim、Tom Daligault、Bryan Rosales、Chaiwat Engtrakul 和 Robert Tenet 共同撰写了一份由能源部资助的报告。

该报告概述了可导致净零甚至净正能耗结构的建筑设计规则。设计的这种演变是必要的，因为建筑物占世界能源消耗的三分之一以上，并占其碳排放量的大部分。

今天建造的摩天大楼通常有很高的窗墙比。例如，纽约的 1915 Equitable Building 的窗墙比为 25%。这与 2016 年的美国银行大厦相比，其窗户与墙壁的比例为 71%。

为了进行分析，研究人员模拟了 95% 的窗墙比，以证明玻璃对建筑能源性能的影响。该团队还发现三层玻璃窗在减少能源使用方面非常有效，这种做法尚未被广泛采用。

有窗户的摩天大楼通常需要花费大量资金来冷却建筑物，因为大量的光和热会透过。太阳能窗不仅为建筑物提供隔热，还利用吸收的能量发电。PVWindow 模拟显示，例如，在丹佛，现场太阳能发电将高玻璃 12 层结构的平均每日电力需求减半，每年避免 200 万公斤二氧化碳排放。

“想象一下纽约市的天际线，那里有这些完全是玻璃的高层建筑，”Lance Wheeler 说。“他们完全上釉了。自由塔有数百万平方英尺的玻璃。它本身可能是一个发电厂。”

去年 1 月，建筑一体化光伏 (BIPV) 商用窗户制造商 Ubiquitous Energy宣布完成 3000 万美元的 B 轮融资。每年安装超过 200 亿平方英尺的窗户，为公司和该领域的其他参与者整合他们的技术创造了机会。

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