近年來，全球建筑總面積增長(zhǎng)，建筑能耗逐年上升。利用建筑物實(shí)現(xiàn)節(jié)能甚至發(fā)電，成為推動(dòng)城市綠色發(fā)展的關(guān)鍵，對(duì)全面實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義。

　　窗戶作為建筑物與外界環(huán)境主要的熱交換通道，約占據(jù)建筑物流入/流失能量的50%，利用窗戶進(jìn)行節(jié)能和發(fā)電是對(duì)屋頂、墻面利用的有力補(bǔ)充?，F(xiàn)有發(fā)電窗技術(shù)是將透明光伏電池與建筑玻璃相結(jié)合，但提高發(fā)電效率以犧牲窗戶透明度為代價(jià)。當(dāng)前，多結(jié)太陽能電池有望成為保障透明度和提高發(fā)電效率的最佳組合，而產(chǎn)生的紅外熱負(fù)荷或?qū)е缕骷煽啃越档?、使用壽命短。此外，透明光伏電池受到如光損失、電損失、空氣敏感性等問題的限制。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所正高級(jí)工程師柏勝?gòu)?qiáng)、研究員陳立東團(tuán)隊(duì)與研究員曹遜、金平實(shí)團(tuán)隊(duì)，以及德國(guó)萊布尼茲固態(tài)與材料物理研究所教授Kornelius Nielsch團(tuán)隊(duì)、英國(guó)考文垂大學(xué)教授方躍平、德國(guó)比勒費(fèi)爾德大學(xué)教授Gabi Schierning，提出了基于光-熱-電轉(zhuǎn)換的節(jié)能發(fā)電窗技術(shù)，采用波長(zhǎng)選擇性吸收薄膜與熱電器件耦合，將太陽熱轉(zhuǎn)化為電能。相關(guān)研究結(jié)果以Transparent Power-Generating Windows Based on Solar-Thermal-Electric Conversion為題，發(fā)表在Advanced Energy Materials上。

　　研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)出光-熱-電轉(zhuǎn)換演示系統(tǒng)，將具有波長(zhǎng)選擇性吸收的薄膜集成在透明玻璃上，該薄膜允許可見光通過（透過率達(dá)88%），同時(shí)可強(qiáng)烈吸收紫外線和紅外線，并將其轉(zhuǎn)化為熱能。太陽熱被波長(zhǎng)選擇性吸收薄膜收集，定向傳導(dǎo)至分布于玻璃邊緣區(qū)域的熱電器件，并被其轉(zhuǎn)換成電能。該系統(tǒng)將能量轉(zhuǎn)換效率與窗戶的光學(xué)透明度解耦，實(shí)現(xiàn)兩者的獨(dú)立調(diào)控。由于紅外線被吸收，可減輕建筑物的冷負(fù)荷，兼具高效節(jié)能和透明發(fā)電優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)節(jié)能效果與Low-E玻璃相當(dāng)。該系統(tǒng)能夠在環(huán)境溫度下運(yùn)行，可靠性高、壽命長(zhǎng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易安裝，可應(yīng)用于建筑玻璃、高鐵/汽車窗戶等領(lǐng)域。

　　研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃等的支持。

基于光-熱-電轉(zhuǎn)換的節(jié)能發(fā)電窗技術(shù)示意圖與演示系統(tǒng)

光-熱-電發(fā)電窗的發(fā)電性能

光-熱-電發(fā)電窗的節(jié)能效果與其他技術(shù)對(duì)比