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納米級(jí)草結(jié)構(gòu)玻璃有效提升太陽(yáng)能電池和LED性能

2020-04-26 18:55:00

賓夕法尼亞州匹茲堡大學(xué)的研究人員第一次同時(shí)制造出具有如此高的霧度和透光率的玻璃,這些特性的組合可以幫助提高太陽(yáng)能電池和LED的性能。報(bào)道使用的是納米級(jí)的類似草的結(jié)構(gòu),可以通過(guò)用水將其從渾濁轉(zhuǎn)換為透明。這對(duì)于創(chuàng)建可改變霧度或不透明度以控制房間隱私或阻止陽(yáng)光眩光的智能窗戶很有用。
在Optica中,研究人員描述了他們的新型納米草基玻璃,該玻璃可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的95%的透光率,同時(shí)霧度也類似。研究人員對(duì)刻蝕高度為0.8至8.5微米的納米草結(jié)構(gòu)的玻璃進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),每個(gè)玻璃的直徑均為幾百納米。
可切換性的發(fā)現(xiàn)是偶然性之一。研究負(fù)責(zé)人,研究生Sajad Haghanifar說(shuō):“當(dāng)我發(fā)現(xiàn)用水清洗它時(shí),我正在清洗新的納米草玻璃?!?盡管發(fā)現(xiàn)是偶然的,但可以很容易地解釋它?!八M(jìn)入親水性極高的納米結(jié)構(gòu)之間,使納米草玻璃的作用類似于平坦的基底。由于水的折射率與玻璃非常相似,因此光線直接穿過(guò)玻璃。當(dāng)水被去除時(shí),光線會(huì)撞擊玻璃。分散納米結(jié)構(gòu),使玻璃顯得朦朧?!?/div>
使用納米草改善太陽(yáng)能電池
Leu的小組開(kāi)發(fā)了這種新玻璃,以提高太陽(yáng)能電池捕獲光并將其轉(zhuǎn)化為電能的能力。納米結(jié)構(gòu)圖案可以防止光從太陽(yáng)能電池的表面反射出來(lái)。這些結(jié)構(gòu)還散射進(jìn)入玻璃的光,從而幫助更多的光到達(dá)太陽(yáng)能電池內(nèi)的半導(dǎo)體材料,然后將其轉(zhuǎn)換為電能。
新型玻璃采用了獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)圖案,看起來(lái)像草。因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)比以前使用的納米結(jié)構(gòu)高,所以它們?cè)黾恿斯獗簧⑸涞目赡苄?。盡管具有納米結(jié)構(gòu)的玻璃看起來(lái)是不透明的,但測(cè)試表明,大多數(shù)散射光都可以穿過(guò)玻璃。
玻璃具有高霧度和高透射率這一事實(shí)也可以使其用于LED,LED的工作原理與太陽(yáng)能電池相反,它通過(guò)使用進(jìn)入半導(dǎo)體的電能產(chǎn)生光,然后從設(shè)備。新玻璃可能會(huì)增加從半導(dǎo)體到周圍環(huán)境的光通量。
找到合適的“草”高
研究人員發(fā)現(xiàn),較短的納米草可改善玻璃的抗反射性能,而較長(zhǎng)的納米草則可增加霧度。具有4.5微米高納米草的玻璃對(duì)于550納米波長(zhǎng)的光(黃光,是太陽(yáng)光的一部分)顯示出了95.6%的透光率和96.2%的霧度的良好平衡。
盡管需要更多的工作來(lái)估算制造這種新玻璃的確切成本,但研究人員預(yù)測(cè),由于這種玻璃易于制造,因此價(jià)格便宜。使用稱為反應(yīng)離子蝕刻的方法將納米結(jié)構(gòu)蝕刻到玻璃中,該方法是通常用于制造印刷電路板的可擴(kuò)展且直接的方法。
要將玻璃變成從朦朧到透明的智能窗戶,需要在納米草玻璃上放置一塊傳統(tǒng)玻璃??梢允褂帽檬挂后w流入兩個(gè)玻璃杯之間的空間,并且可以使用風(fēng)扇或泵除去水。研究人員還表明,除水外,使用丙酮和甲苯還可以使玻璃從渾濁變成透明。
Haghanifar說(shuō):“我們現(xiàn)在正在對(duì)新型納米草玻璃進(jìn)行耐久性測(cè)試,并對(duì)其自清潔性能進(jìn)行評(píng)估。” “自清潔玻璃非常有用,因?yàn)樗梢员苊庑枰獧C(jī)器人或手動(dòng)清除灰塵和碎屑,而這會(huì)降低太陽(yáng)能電池板的效率,無(wú)論是在房屋上還是在火星探測(cè)器上?!?/div>
匹茲堡大學(xué)斯旺森工程學(xué)院的Paul W. Leu說(shuō):“當(dāng)今可用的可開(kāi)關(guān)玻璃非常昂貴,因?yàn)樗褂猛该鞯膶?dǎo)電層在整個(gè)玻璃上施加電壓?!?“我們的玻璃的制造成本可能會(huì)降低,因?yàn)橹恍柰糠蠡虺ヒ后w,即可在幾秒鐘內(nèi)切換不透明性?!?/div>

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