具有高透明度、高效率及出色色彩还原能力的可扩展混合太阳能窗户

《Joule》：Scalable hybrid solar window with high transparency, high efficiency, and superior color rendering

可持续城市能源需求推动透明光伏技术发展，本研究提出集成分立布拉格反射器与高效双面硅太阳能电池的混合式太阳能窗，实现75.6%可见光透过率、8.29%光能转换效率及93.8%色还原指数，突破传统透明光伏模块效率与色彩表现限制，支持日光与室内光环境应用，提供可扩展低成本的建筑一体化光伏解决方案。

　　

背景与规模

对可持续城市能源需求的不断增长正在加速光伏技术融入建筑立面和窗户的过程。透明光伏模块是建筑集成光伏（BIPV）系统中的关键组成部分，但现有设计在可见透明度和光电转换效率（PCE）之间存在根本性的权衡，通常还会导致色彩还原效果不佳，从而限制了其在建筑领域的应用。

本研究提出了一种可扩展的混合太阳能窗户，该窗户将光谱选择性介电多层涂层（称为分布式布拉格反射器）与空间分离的高效双面硅太阳能电池结合在一起。这种设计将可见光传输与红外能量收集分离，实现了75.6%的高可见透明度、8.29%的光电转换效率以及93.8的优秀色彩还原指数（在标准太阳光谱条件下）。

所提出的方法为开发兼具高透明度、强发电能力和出色色彩还原效果的BIPV窗户提供了一种新的选择。基于成熟的硅太阳能电池技术，该方案在大面积窗户制造方面具有高度的可扩展性，并提供了一种实用且可持续的玻璃立面解决方案，可以替代传统的建筑窗户。

亮点

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混合太阳能窗户结合了双面硅电池和分布式布拉格反射器

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选择性近红外光捕获技术实现了高透明度和自然色彩还原效果

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光电转换效率达到8.29%，可见光透射率为75.6%，色彩还原指数为93.8

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展示了一种可扩展且低成本的建筑集成光伏技术

总结

城市化进程和气候危机推动了人们对可持续能源解决方案的需求，凸显了建筑集成光伏系统和透明光伏（TPV）模块的重要性。然而，传统TPV在效率、可扩展性和色彩还原方面存在局限性。本研究提出了一种混合太阳能窗户，通过将双面硅太阳能电池与优化的分布式布拉格反射器结构相结合来应对这些挑战。该窗户能够选择性捕获近红外光用于发电，同时允许可见光透过，实现了75.6%的高可见透明度和93.8的优秀色彩还原效果。实验结果表明，其光电转换效率为8.29%，光利用效率为6.27%，超过了非选择性TPV的理论极限。此外，该窗户在阳光和室内照明条件下均能有效运行，展现了其多功能性。其可扩展且低成本的设计与现有建筑材料兼容，通过将能源生成与建筑功能相结合，为可持续城市基础设施的发展做出了重要贡献。

图形摘要