納米級草結(jié)構(gòu)玻璃有效提升太陽能電池和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能電池和LED的性能。報道使用的是納米級的類似草的結(jié)構(gòu)，可以通過用水將其從渾濁轉(zhuǎn)換為透明。這對于創(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，同時霧度也類似。研究人員對刻蝕高度為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：“當(dāng)我發(fā)現(xiàn)用水清洗它時，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，因此光線直接穿過玻璃。當(dāng)水被去除時，光線會撞擊玻璃。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能電池

Leu的小組開發(fā)了這種新玻璃，以提高太陽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能電池的表面反射出來。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，所以它們增加了光被散射的可能性。盡管具有納米結(jié)構(gòu)的玻璃看起來是不透明的，但測試表明，大多數(shù)散射光都可以穿過玻璃。

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的工作原理與太陽能電池相反，它通過使用進(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，而較長的納米草則可增加霧度。具有4.5微米高納米草的玻璃對于550納米波長的光(黃光，是太陽光的一部分)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估算制造這種新玻璃的確切成本，但研究人員預(yù)測，由于這種玻璃易于制造，因此價格便宜。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：“我們現(xiàn)在正在對新型納米草玻璃進(jìn)行耐久性測試，并對其自清潔性能進(jìn)行評估?！?“自清潔玻璃非常有用，因?yàn)樗梢员苊庑枰獧C(jī)器人或手動清除灰塵和碎屑，而這會降低太陽能電池板的效率，無論是在房屋上還是在火星探測器上。”

匹茲堡大學(xué)斯旺森工程學(xué)院的Paul W. Leu說：“當(dāng)今可用的可開關(guān)玻璃非常昂貴，因?yàn)樗褂猛该鞯膶?dǎo)電層在整個玻璃上施加電壓。” “我們的玻璃的制造成本可能會降低，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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