彩色钙钛矿实验室改进了热变色窗技术

美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的科学家报告说，在开发下一代热致变色窗户方面取得了突破，该窗户不仅减少了对空调的需求，而且同时发电。

透过窗户的阳光所产生的热量是建筑物对空调和制冷需求的最大贡献者。由于在美国，住宅和商业建筑消耗的电能占总电能的74%，占能源的39%，因此，着色窗户产生的阴影效应有助于建筑物消耗更少的能源。

当玻璃在炎热的晴天变暖时，称为“热致变色光伏”的技术允许窗户改变颜色以阻挡眩光并减少不必要的太阳能加热。这种颜色变化还导致形成功能正常的太阳能电池，该太阳能电池产生车载功率。热致变色光伏窗户可以帮助建筑物转化为能源产生器，从而增加其对更广泛的能源网需求的贡献。现在，最新的突破实现了无数的色彩和更广泛的温度范围，从而驱动了色彩开关。这增加了设计灵活性，以提高能源效率并控制建筑美学，这对于建筑师和最终用户都是非常需要的。

该研究建立在NREL的早期工作基础上，形成了一个热变色窗口，随着太阳加热其表面，该窗口变暗。当窗口从透明变为有色时，嵌入材料中的钙钛矿会产生电能。钙钛矿是一种晶体结构，显示出在利用阳光方面具有显着的效率。

“使用该技术的原型窗口，可以在一年内开发，”布莱恩·罗萨莱斯，在NREL的博士后研究员和论文的主要作者说：“可逆多色着色异常层状甲脒金属卤化物钙钛矿，”出现在杂志自然通讯。他是NREL的合著者，兰斯·惠勒(Lance Wheeler)，他开发了第一个热致变色光伏窗口，泰勒·艾伦(Taylor Allen)，大卫·摩尔(David Moore)，凯文·普林斯(Kevin Prince)，加里·隆布尔斯(Garry Rumbles)和劳拉·谢尔哈斯(Laura Schelhas)。其他作者包括SLAC国家加速器实验室的Laura Mundt和科罗拉多矿业学院的Colin Wolden。

第一代太阳窗能够在透明和红棕色之间来回切换，需要150华氏度至175华氏度的温度才能触发转换。最新的迭代可以选择多种颜色，并且可以在95至115华氏度的温度下工作，这是在炎热的天气轻松达到的玻璃温度。

通过使用不同的化学成分和材料，研究人员还能够迅速加快颜色转换。时间从2017年展示的概念验证热致变色光伏窗口所需的三分钟减少到了大约七秒钟。

科学家将钙钛矿薄膜夹在两层玻璃和注入的蒸气之间。蒸气触发反应，导致钙钛矿将其自身排列成不同的形状，从链状到片状再到立方体。颜色随着形状的变化而显现。降低湿度可使钙钛矿恢复到正常的透明状态。

计划进行其他研究。需要探讨的一个领域是热致变色 窗口可以循环进入发电运行模式并返回透明状态的次数。也将探索将阳光转化为电能的效率。