随着科学技术的飞速发展和环境问题的日益突显,能量的高效利用已经成为了当今时代的主旋律。智能光伏窗户(Smart photovoltaic windows,SPWs)作为一种有效的绿色节能技术,通过温度、光线、电场及湿度等外部刺激因素调节太阳光透过率,从而实现隐私保护和显示的功能。不仅如此,其还能有效地将太阳能转化为电能,缓解室内制冷和供暖的能量消耗。这种集发电、节能和隐私保护等多种功能于一体的绿色节能技术有望应用于节能建筑、汽车和光学器件等领域而成为了研究热点。
面对实际应用,SPWs仍然存在一些瓶颈问题亟待解决,如光电转换效率低、响应时间长、稳定性能差及刺激响应单一等。为了应对SPWs发展所面临的这些挑战,江汉大学交叉学科研究院刘钰旻副研究员(点击查看介绍)、湖北大学材料科学与工程学院余黎副教授(点击查看介绍)和北京大学工学院杨槐教授(点击查看介绍)合作,将半透明钙钛矿太阳能电池与多响应液晶薄膜相结合,制备了一种同时具备多种响应工作模式的智能光伏窗户。当温度较低时(-20~37.8 ℃),该SPWs保持半透明模式,同时提供电力供应及视野需求。随着环境温度的升高(37.8~67 ℃),该SPWs呈现出较强的光散射状态,从而进一步增强半透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(从16.7%提升至18.02%),并提供隐私保护及节能效果。在该状态下,通过施加一定的电压(55 V),能够让SPWs在半透明及光散射状态之间快速而稳定的切换,既满足了对隐私的保护,同时也兼顾了对视野的需求。这一设计理念成功克服了目前该领域研究中存在的挑战,为SPWs的发展及应用起到了推动作用。
相关研究成果以论文的形式发表在国际期刊Advanced Energy Materials 上,并被选为Back Cover。文章第一作者是江汉大学硕士研究生夏宇和北京大学博士研究生梁霄,刘钰旻副研究员、余黎副教授和杨槐教授为本文共同通讯作者。
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High-Efficiency and Reliable Smart Photovoltaic Windows Enabled by Multiresponsive Liquid Crystal Composite Films and Semi-Transparent Perovskite Solar Cells
Yu Xia, Xiao Liang, Yun Jiang, Shaofu Wang, Yuyang Qi, Yumin Liu, Li Yu, Huai Yang, Xing-Zhong Zhao
Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1900720, DOI: 10.1002/aenm.201900720
刘钰旻博士简介
刘钰旻,江汉大学交叉学科研究院副研究员。2013年于武汉大学获得博士学位,同年入职江汉大学,研究领域为纳米功能材料在钙钛矿太阳能电池及锂离子电池等能源器件中的应用研究。在相关领域发表SCI论文近50篇,以第一作者或通讯作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Nano Energy、Journal of Materials Chemistry、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Power Sources、Electrochimica Acta等期刊杂志发表SCI论文22篇,累计引用1100余次,H因子21。
https://www.x-mol.com/university/faculty/75595
余黎博士简介
余黎,湖北大学材料科学与工程学院副教授,2019年入选湖北省“楚天学者”计划。主要研究方向是智能高分子材料包括液晶弹性体、形状记忆材料和水凝胶的分子结构设计、制备及其在柔性机器人、太阳能电池和智能光伏窗户等领域的应用。在Nature Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Nano Energy、Small等SCI收录的杂志上发表论文50余篇,总引用800余次。
https://www.x-mol.com/university/faculty/75596
杨槐教授简介
杨槐,北京大学工学院终生教授,博士生导师,教育部“长江学者奖励计划”特聘教授,国家杰出青年基金获得者。近年来,以小分子液晶、高分子液晶以及液晶/高分子复合材料为研究对象,围绕材料的分子结构或微观结构与其性能的关系,在功能性液晶材料、液晶复合材料的分子设计、微结构和性能调控及其在规模化加工过程中的关键技术问题等方面进行了系统的研究。负责国家“863计划”、国家科技支撑、科技部重大国际合作、科技部平板显示重大专项、国家自然科学基金重点项目、教育部重点和重大项目、教育部博士点优先发展领域课题、北京市重大科技计划以及校企合作项目等70余项。在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Small、Chemical Communications 等国际学术期刊上发表SCI论文200余篇;申请国家发明专利100余项,已获30余项授权。曾获得2014年高等学校科学研究优秀成果奖技术发明奖一等奖(教育部)(第一获奖人),2015年国家技术发明奖二等奖(第一获奖人)。
https://www.x-mol.com/university/faculty/18957