量子點技術創造新型太陽能玻璃窗

【中玻網】美國洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）國家實驗室基于量子點技術創造出新的雙層太陽能玻璃窗，兩片窗戶分別處理高能和低能光子，隨著尺寸加大，將能以更低成本提高發電效率。

　　如果20世紀發明的塑料袋對人類生活起了天翻地覆的作用，那么在21世紀，量子點就像塑料一樣，于材料科學應用方面起到成本相對便宜的作用。

　　量子點（quantum dot）是半導體材料的納米級粒子，它們因為電子屬性可以被準確設計、在收集太陽光時表現出獨特行為而獲得“人造原子”的稱號。

　　在玻璃窗上涂一層量子點將之變成太陽能窗，聽起來是個簡單的方法，但是存在一個問題：量子點往往會“吞下”能量而不“吐出”，因此新的雙層太陽能玻璃窗除了采用量子點結構外，還依賴了另一種稱為太陽能頻譜分離（solar spectrum splitting）的技術。

　　窗戶分為前層與后層，高度摻雜錳的量子點沉積在前層表面，負責吸收藍光和紫外光，而當量子點吸收太陽光子時錳離子會被激活，以低于量子點吸收能量的門檻將光發射，使能量較低的光子無法被“重吸收（reabsorption）”，幾乎完全清理量子點自身吸收造成的損失，高能光子也可以產生較高的光電壓，提升整體功率輸出。

　　而摻雜銅銦硒化物的量子點則沉積在后層表面，負責拾取頻譜上的其他光線。

　　兩片窗戶各自處理高能和低能光子，吸收之后，量子點重新發射更長波長的光，這些光被全內反射現象（注）引導到窗口邊緣，集成在窗框中的太陽能電池接下這一棒，將之收集并轉換成電力。

　　不過，目前研究實驗下的太陽能轉換效率只有3.1%，還有待進一步改進。這項研究發布在《Nature Photonics》期刊。

　　注1：全內反射，又稱全反射（total reflection），是一種光學現象，當光線經過兩個不同折射率的介質時，部份光線會于介質界面被折射，其余的則被反射。但當入射角比臨界角大時（光線遠離法線），光線會停止進入另一界面，反之全部向內反射。

　　注2：光子頻率越高則能量越高，紫外光、X光、伽馬射線都屬于高能光子。