彩色鈣鈦礦實驗室改進了熱變色窗技術

美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)的科學家報告說，在開發下一代熱致變色窗戶方面取得了突破，該窗戶不僅減少了對空調的需求，而且同時發電。

透過窗戶的陽光所產生的熱量是建筑物對空調和制冷需求的最大貢獻者。由于在美國，住宅和商業建筑消耗的電能占總電能的74%，占能源的39%，因此，著色窗戶產生的陰影效應有助于建筑物消耗更少的能源。

當玻璃在炎熱的晴天變暖時，稱為“熱致變色光伏”的技術允許窗戶改變顏色以阻擋眩光并減少不必要的太陽能加熱。這種顏色變化還導致形成功能正常的太陽能電池，該太陽能電池產生車載功率。熱致變色光伏窗戶可以幫助建筑物轉化為能源產生器，從而增加其對更廣泛的能源網需求的貢獻。現在，最新的突破實現了無數的色彩和更廣泛的溫度范圍，從而驅動了色彩開關。這增加了設計靈活性，以提高能源效率并控制建筑美學，這對于建筑師和最終用戶都是非常需要的。

該研究建立在NREL的早期工作基礎上，形成了一個熱變色窗口，隨著太陽加熱其表面，該窗口變暗。當窗口從透明變為有色時，嵌入材料中的鈣鈦礦會產生電能。鈣鈦礦是一種晶體結構，顯示出在利用陽光方面具有顯著的效率。

“使用該技術的原型窗口，可以在一年內開發，”布萊恩·羅薩萊斯，在NREL的博士后研究員和論文的主要作者說：“可逆多色著色異常層狀甲脒金屬鹵化物鈣鈦礦，”出現在雜志自然通訊。他是NREL的合著者，蘭斯·惠勒(Lance Wheeler)，他開發了第一個熱致變色光伏窗口，泰勒·艾倫(Taylor Allen)，大衛·摩爾(David Moore)，凱文·普林斯(Kevin Prince)，加里·隆布爾斯(Garry Rumbles)和勞拉·謝爾哈斯(Laura Schelhas)。其他作者包括SLAC國家加速器實驗室的Laura Mundt和科羅拉多礦業學院的Colin Wolden。

第一代太陽窗能夠在透明和紅棕色之間來回切換，需要150華氏度至175華氏度的溫度才能觸發轉換。最新的迭代可以選擇多種顏色，并且可以在95至115華氏度的溫度下工作，這是在炎熱的天氣輕松達到的玻璃溫度。

通過使用不同的化學成分和材料，研究人員還能夠迅速加快顏色轉換。時間從2017年展示的概念驗證熱致變色光伏窗口所需的三分鐘減少到了大約七秒鐘。

科學家將鈣鈦礦薄膜夾在兩層玻璃和注入的蒸氣之間。蒸氣觸發反應，導致鈣鈦礦將其自身排列成不同的形狀，從鏈狀到片狀再到立方體。顏色隨著形狀的變化而顯現。降低濕度可使鈣鈦礦恢復到正常的透明狀態。

計劃進行其他研究。需要探討的一個領域是熱致變色 窗口可以循環進入發電運行模式并返回透明狀態的次數。也將探索將陽光轉化為電能的效率。