南京大學(xué)在太陽能發(fā)電窗戶研究領(lǐng)域獲重要進(jìn)展

:據(jù)調(diào)查，我國的建筑能耗占到全社會總能耗的40%以上。傳統(tǒng)的硅基太陽能面板致力于把屋頂轉(zhuǎn)變?yōu)樘柲馨l(fā)電機(jī)，但是，對于對能源需求巨大、人口密集的城市地區(qū)，需要收集摩天大樓需要的能源，屋頂?shù)拿娣e十分有限。太陽能發(fā)電窗戶可以取代建筑物不具有發(fā)電功能的玻璃窗戶和玻璃幕墻，把城市高層建筑的窗戶和幕墻轉(zhuǎn)變?yōu)樘柲馨l(fā)電裝置，所生產(chǎn)出的電能將大大降低建筑物的能耗，實(shí)現(xiàn)“零碳”建筑的目標(biāo)。

近年來，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院鄧正濤教授團(tuán)隊(duì)一直致力于新型發(fā)光量子點(diǎn)材料的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。特別是在廣色域顯示器件和發(fā)電窗戶兩個(gè)方向，圍繞量子點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中的瓶頸問題，在產(chǎn)品的應(yīng)用形態(tài)、性能提升和耐老化方面取得了一系列進(jìn)展。最近，該課題組采用一種新型的三苯基膦處理方法，制備了具有高光致發(fā)光量子效率、低重吸收、高穩(wěn)定性的近紅外發(fā)射銫鉛碘量子點(diǎn)太陽能發(fā)電窗戶原型器件。相關(guān)成果于2020年3月以“Efficient and Stable Thin‐Film Luminescent Solar Concentrators Enabled by Near‐Infrared Emission Perovskite Nanocrystals”為題在國際頂級化學(xué)期刊《Angewandte Chemie International Edition》《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上在線發(fā)表（doi：10.1002/201911638）。

圖1：近紅外發(fā)電窗戶原型器件。該工作采用一種新穎的三苯基膦處理方法，制備了高穩(wěn)定性、大面積的銫鉛碘量子點(diǎn)-聚合物復(fù)合薄膜發(fā)光太陽能聚光器，具有高的光轉(zhuǎn)換效率和高的發(fā)光效率(絕對發(fā)光量子產(chǎn)率接近100 %)。

該發(fā)電窗戶原型器件利用一部分透射光被分散在高透明性高分子聚合物薄板表層中的銫鉛碘量子點(diǎn)吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效熒光轉(zhuǎn)換，重新發(fā)射出近紅外光。其熒光波長以700納米為中心，熒光量子產(chǎn)率為99.4±0.4%，熒光發(fā)射半峰寬非常窄，僅為75 毫電子伏特(30納米)。本工作與傳統(tǒng)的量子點(diǎn)制備的器件相比，其耐水性能和耐光降解性能大幅提升。即使在30天長時(shí)間浸泡于水中和強(qiáng)光照射的情況下，仍然保持良好的性能。將近紅外光通過光波導(dǎo)到安裝在側(cè)邊的商用硅基太陽能電池上，所制備的75平方厘米的原型紅外聚光器件實(shí)現(xiàn)了3.1%的高光學(xué)轉(zhuǎn)換效率。這一成果為發(fā)光量子點(diǎn)材料在太陽能發(fā)電窗戶中的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該課題組預(yù)測，在不久的將來，通過不斷優(yōu)化發(fā)光量子點(diǎn)材料，幾乎透明的窗戶和幕墻將會成為高效太陽能發(fā)電裝置，可以在夏天為空調(diào)提供電力，在冬天給房間里的熱水器供電，最終實(shí)現(xiàn)智能“零碳”建筑的目標(biāo)。

南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院為論文第一單位；本文的通訊作者為現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的鄧正濤教授；所指導(dǎo)的博士生吳佳靜為本論文第一作者。該工作在完成過程中得到了聶書明教授指導(dǎo)與支持，張弢教授在聚合物材料上和譚海仁教授在器件測試上的幫助。該工作得到了江蘇省-安大略省國際合作項(xiàng)目資助(BZ2018008)，還得到了國家“海外高層次人才計(jì)劃”、江蘇“雙創(chuàng)人才”計(jì)劃和江蘇省納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。

原標(biāo)題:南京大學(xué)鄧正濤課題組在太陽能發(fā)電窗戶研究領(lǐng)域獲重要進(jìn)展