具有可切换不透明度的玻璃可以改善太阳能电池和LED

宾夕法尼亚州匹兹堡大学的研究人员使用纳米级的草状结构，制造出的玻璃可以让大量的光线显得朦胧。这是玻璃首次同时具有如此高的雾度和透光率，这些特性可以帮助提高太阳能电池和LED的性能。

玻璃具有另一种显着的品质：通过施加水可以将其从朦胧变为透明。这可以使其有助于创建改变雾度或不透明度的智能窗户，以控制房间的隐私或阻挡阳光的眩光。

“今天可转换的玻璃非常昂贵，因为它使用透明导电层在整个玻璃上施加电压，”匹兹堡大学斯旺森工程学院的Paul W. Leu说，该研究团队的负责人。“我们的玻璃制造成本可能更低，因为只需涂抹或去除液体，就可以在几秒钟内切换不透明度。”

在Optica，研究人员描述了他们的新型纳米玻璃基玻璃，它同时实现了95%的透光率和同样高度的雾度。研究人员用高度为0.8到8.5微米的纳米级结构进行了玻璃蚀刻，其中“刀片”的直径为几百纳米。

可切换性的发现是一种意外发现。“当我发现用水清洗玻璃变得清澈时，我正在清洗新的纳米玻璃，”项目主管，研究生Sajad Haghanifar说。虽然这一发现是偶然的，但可以很容易地解释。“水介于极其亲水的纳米结构之间，使得纳米玻璃的作用就像一个平坦的基板。由于水具有与玻璃非常相似的折射率，光线直接通过它。当水被移除时，光线照射到散射纳米结构，使玻璃看起来模糊。“

使用nanograss改善太阳能电池

Leu的团队开发了新的玻璃，以提高太阳能电池捕获光线并将其转化为电能的能力。纳米结构图案可以防止光从太阳能电池表面反射。这些结构还散射进入玻璃的光，帮助更多的光到达太阳能电池内的半导体材料，在那里它被转换成电能。

新玻璃采用独特的纳米结构图案，看起来很像草。因为结构比先前使用的纳米结构更高，所以它们增加了光散射的可能性。尽管具有纳米结构的玻璃看起来不透明，但测试表明大部分散射光穿过玻璃。

玻璃高度模糊并且具有高透射率的事实也可以使其用于LED，其以与太阳能电池基本相反的方式工作，通过使用进入半导体的电产生然后从半导体发出的光。装置。新玻璃可能会增加从半导体到周围环境的光量。

寻找合适的“草”高度

研究人员发现，较短的纳米颗粒可以改善玻璃的抗反射特性，而较长的纳米颗粒则会增加雾度。具有4.5微米高纳米颗粒的玻璃显示出具有550纳米波长(黄光，阳光成分)的光的95.6%透射率和96.2%雾度的良好平衡。

虽然需要做更多的工作来估算制造新玻璃的确切成本，但研究人员预测，他们的玻璃价格便宜，因为它很容易制作。使用称为反应离子蚀刻的工艺将纳米结构蚀刻到玻璃中，反应离子蚀刻是通常用于制造印刷电路板的可缩放且简单的方法。

为了将玻璃转变为从朦胧变为透明的智能窗户，需要在纳米玻璃上放置一块传统玻璃。泵可以用于使液体流入两个玻璃之间的空间，并且可以使用风扇或泵来移除水。研究人员还表明，除了水，使用丙酮和甲苯也可以将玻璃从朦胧变为透明。

“我们现在正在对新型纳米玻璃进行耐久性测试，并正在评估其自清洁性能，”Haghanifar说。“自清洁玻璃非常有用，因为它可以防止需要机械或手动清除灰尘和碎屑，这会降低太阳能电池板的效率，无论这些电池板是在你的房子还是火星探测器上。”