能量收集窗的梦想是更接近现实的一步

明尼苏达大学研究员Samantha Ehrenberg使用等离子体反应器来生产硅纳米颗粒，这是太阳能聚光器的关键成分。

明尼苏达大学和米兰 - 比科卡大学的研究人员带来了梦想的窗户，可以有效地收集太阳能一步接近现实感谢高科技硅纳米粒子。

研究人员开发了将硅纳米颗粒嵌入他们所谓的高效发光太阳能聚光器（LSC）的技术。这些LSC是可有效收集太阳能的窗户的关键元素。当光照射通过表面时，光的有用频率被捕获在内部并且集中到边缘，其中小的太阳能电池可以放置就位以捕获能量。

这项研究在今天出版的自然光子学，同行评议的科学杂志由自然出版集团出版。

能够收集太阳能的窗户，称为光伏窗，是可再生能源技术的下一个前沿，因为它们有可能大大增加适合能源生产的建筑物的表面，而不影响他们的美学 - 一个关键方面，特别是在大都市地区。基于LSC的光伏窗不需要将任何大体积的结构施加到它们的表面上，并且由于光伏电池被隐藏在窗框中，因此它们不可见地混合到建筑环境中。

太阳能集中器和太阳能电池集成到建筑设计中的想法已经存在了几十年了，但这项研究包括一个关键的差异 - 硅纳米颗粒。直到最近，使用基于潜在有毒元素（例如镉或铅）或已经大量用于其它技术的诸如铟的稀有物质的相对复杂的纳米结构已经实现了最好的结果。硅在环境中丰富且无毒。它也通过吸收不同波长的光比它发射更有效地工作。然而，处于其常规大块形式的硅不发光或发光。

明尼苏达大学机械工程教授Uwe Kortshagen说，“在我们的实验室，我们通过将硅晶体的尺寸缩小到几纳米，大约是人类头发直径的十万分之一，制备硅纳米颗粒的方法和研究的资深作者之一。“在这个尺寸，硅的性质改变，它成为一个高效的光发射器，具有不重新吸收自己的发光的重要属性。这是使硅纳米颗粒理想地适用于LSC应用的关键特征。

使用硅纳米粒子为研究团队打开了许多新的可能性。

“在过去几年里，LSC技术经历了快速加速，这也得益于在意大利开展的开拓性研究，但是寻找合适的材料用于收获和聚集太阳能光仍然是一个开放的挑战，”大学物理教授Sergio Brovelli说的Milano-Bicocca，这项研究的合着者，以及分拆公司Glass to Power的联合创始人，正在将光伏窗口的LSC工业化“现在，可以用硅纳米颗粒代替这些元素。

研究人员说，硅纳米颗粒的光学特性及其与用于生产聚合物LSC的工业过程的几乎完美的兼容性创造了创建高效光伏窗的明确途径，其可以以前所未有的低成本捕获超过5％的太阳能量。

 Milano-Bicocca大学物理教授Francesco Meinardi说，“这将使基于LSC的光伏窗户成为建筑一体化光伏市场的真正技术，而没有其他类别的基于相对稀有材料的纳米粒子的潜在限制。的论文的第一作者。

硅纳米颗粒在高科技工艺中使用等离子体反应器制备并形成粉末。

明尼苏达大学机械博士Samantha Ehrenberg说：“每个颗粒由不到两千个硅原子组成。学生和另一个第一作者的研究。“将粉末变成油墨状溶液，然后嵌入聚合物中，形成柔性塑料材料片或用薄膜涂覆表面。

明尼苏达大学发明了大约十多年前制造硅纳米颗粒的方法，并拥有该技术的许多专利。2015年，Kortshagen会见了Brovelli，他是LSC制造的专家，并已经展示了基于其他纳米粒子系统的高效LSCs的各种成功方法。硅纳米粒子对于这种技术的潜力立即就显而易见，合作伙伴关系诞生了。明尼苏达大学生产的颗粒和研究人员在意大利制造的LSCs通过嵌入在聚合物通过工业基础的方法，它的工作。

“这是一个真正的合作伙伴关系，我们聚集在他们的领域最好的研究人员，使一个旧的想法真正成功，”Kortshagen说。“我们在制造硅纳米颗粒方面具有专长，我们在米兰的合作伙伴拥有制造发光聚光器的专业知识。当它们都聚集在一起，我们知道我们有一些特别的东西。

研究资金包括美国能源部（DOE）高级太阳能光物理基础科学中心办公室，能源前沿研究中心和欧洲共同体第七框架计划的赠款。Ehrenberg还获得了国家科学基金会（NSF）奖学金和Benjamin YH和Helen Liu奖学金的资助。

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