科学家发现了智能光伏窗的理想材料

智能窗户在天黑或凉爽时是透明的，但在太阳太亮时会自动变暗，这是日益流行的节能设备。但想象一下，当窗户变暗时，它会同时发电。这种材料 - 一种可逆热致变色的光伏玻璃 - 是研究人员长期以来努力的绿色技术，现在，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家已经证明了一种使其发挥作用的方法。

美国能源部(DOE)国家实验室伯克利实验室的研究人员发现，目前由于其高转换效率，一种钙钛矿是太阳能研究中最热门的材料之一，它作为一种稳定的光敏半导体材料可以很好地工作。在透明状态和非透明状态之间可逆地切换，而不降低其电子特性。

这项研究由伯克利实验室材料科学部的Peidong Yang领导，本周在Nature Materials杂志上发表了题为“Thermochromic Halide Perovskite Solar Cells”的研究。杨的研究小组的主要作者是贾琳，赖民良和窦乐田。

科学家在研究材料(一种无机钙钛矿)的相变时发现了这一发现。“这类无机卤化钙钛矿具有惊人的相变化学，”杨博士说，他也是加州大学伯克利分校化学，材料科学与工程系的教授。“当我们略微改变温度或引入少量水蒸气时，它可以从一种晶体结构转变为另一种晶体结构。”

当材料改变其晶体结构时，它从透明变为不透明。“这两种状态具有完全相同的成分，但晶体结构却截然不同，”他说。“这对我们来说非常有趣。因此，您可以轻松地以现有传统半导体中不易获得的方式对其进行操作。”

卤化钙钛矿材料是具有钙钛矿矿物晶体结构的化合物。其独特的性能，高效率和易加工性使其成为近年来最有前景的太阳能技术发展之一。

美国国家可再生能源实验室(NREL)的另一个DOE实验室的研究人员最近发表了一项相关发现，利用混合钙钛矿中的化学反应来展示可切换的太阳能窗。

伯克利实验室的研究人员最初没有着手开发一种热致变色太阳能窗。他们正在研究钙钛矿太阳能电池的相变，并试图提高原型有机 - 无机杂化钙钛矿甲基铵碘化铅的稳定性。所以他们尝试用铯代替甲基铵。

“化学稳定性得到了显着改善，但不幸的是，这个阶段并不稳定，”Dou说，他是博士后研究员，现在是普渡大学的助理教授。“它转变为低温[温度]阶段。这是一个缺点，但后来我们把它变成了独特而有用的东西。”

通过施加热量，触发材料从低T相转变为高T相(或从透明转变为不透明)。在实验室中，所需的温度约为100摄氏度。杨说，他们正努力将其降至60摄氏度。

伯克利实验室的博士后研究员林说，实验室使用水分或湿度来引发逆转。“所需的水分量取决于所需的成分和过渡时间，”他说。“例如，更多的溴化物使材料更稳定，因此相同的湿度需要更长的时间才能从高T状态转变为低T状态。”

研究人员还将继续研究触发反向转换的替代方法，例如施加电压或设计水分来源。

“太阳能电池在重复的相变周期内表现出完全可逆的性能和出色的器件稳定性，没有任何褪色或性能下降，”杨氏集团研究生Lai说。“有了这样的设备，建筑物或汽车可以通过智能光伏窗口收获太阳能。”