智能窗戶在天黑或涼爽時是透明的，但在太陽太亮時會自動變暗，這是日益流行的節(jié)能設備。但想象一下，當窗戶變暗時，它會同時發(fā)電。這種材料 - 一種可逆熱致變色的光伏玻璃 - 是研究人員長期以來努力的綠色技術，現(xiàn)在，勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的科學家已經(jīng)證明了一種使其發(fā)揮作用的方法。

美國能源部(DOE)國家實驗室伯克利實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)，目前由于其高轉(zhuǎn)換效率，一種鈣鈦礦是太陽能研究中最熱門的材料之一，它作為一種穩(wěn)定的光敏半導體材料可以很好地工作。在透明狀態(tài)和非透明狀態(tài)之間可逆地切換，而不降低其電子特性。

這項研究由伯克利實驗室材料科學部的Peidong Yang領導，本周在Nature Materials雜志上發(fā)表了題為“Thermochromic Halide Perovskite Solar Cells”的研究。楊的研究小組的主要作者是賈琳，賴民良和竇樂田。

科學家在研究材料(一種無機鈣鈦礦)的相變時發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)。“這類無機鹵化鈣鈦礦具有驚人的相變化學，”楊博士說，他也是加州大學伯克利分校化學，材料科學與工程系的教授。“當我們略微改變溫度或引入少量水蒸氣時，它可以從一種晶體結構轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結構。”

當材料改變其晶體結構時，它從透明變?yōu)椴煌该鳌?ldquo;這兩種狀態(tài)具有完全相同的成分，但晶體結構卻截然不同，”他說。“這對我們來說非常有趣。因此，您可以輕松地以現(xiàn)有傳統(tǒng)半導體中不易獲得的方式對其進行操作。”

鹵化鈣鈦礦材料是具有鈣鈦礦礦物晶體結構的化合物。其獨特的性能，高效率和易加工性使其成為近年來最有前景的太陽能技術發(fā)展之一。

美國國家可再生能源實驗室(NREL)的另一個DOE實驗室的研究人員最近發(fā)表了一項相關發(fā)現(xiàn)，利用混合鈣鈦礦中的化學反應來展示可切換的太陽能窗。

伯克利實驗室的研究人員最初沒有著手開發(fā)一種熱致變色太陽能窗。他們正在研究鈣鈦礦太陽能電池的相變，并試圖提高原型有機 - 無機雜化鈣鈦礦甲基銨碘化鉛的穩(wěn)定性。所以他們嘗試用銫代替甲基銨。

“化學穩(wěn)定性得到了顯著改善，但不幸的是，這個階段并不穩(wěn)定，”Dou說，他是博士后研究員，現(xiàn)在是普渡大學的助理教授。“它轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏豙溫度]階段。這是一個缺點，但后來我們把它變成了獨特而有用的東西。”

通過施加熱量，觸發(fā)材料從低T相轉(zhuǎn)變?yōu)楦逿相(或從透明轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌该?。在實驗室中，所需的溫度約為100攝氏度。楊說，他們正努力將其降至60攝氏度。

伯克利實驗室的博士后研究員林說，實驗室使用水分或濕度來引發(fā)逆轉(zhuǎn)。“所需的水分量取決于所需的成分和過渡時間，”他說。“例如，更多的溴化物使材料更穩(wěn)定，因此相同的濕度需要更長的時間才能從高T狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蚑狀態(tài)。”

研究人員還將繼續(xù)研究觸發(fā)反向轉(zhuǎn)換的替代方法，例如施加電壓或設計水分來源。

“太陽能電池在重復的相變周期內(nèi)表現(xiàn)出完全可逆的性能和出色的器件穩(wěn)定性，沒有任何褪色或性能下降，”楊氏集團研究生Lai說。“有了這樣的設備，建筑物或汽車可以通過智能光伏窗口收獲太陽能。”