彩色鈣鈦礦：NREL開發熱致變色窗技術

美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)的科學家報告稱，在開發下一代熱致變色窗方面取得了突破，這種窗不僅可以減少對空調的需求，還可以同時發電。

陽光透過窗戶產生的熱量是建築物中空調和冷卻需求的最大貢獻者。由於住宅和商業建築消耗了美國74%的電力和39%的能源，著色窗戶的遮陽效果有助於建築使用更少的能源。

這項名為「熱致變色光伏」的技術允許窗戶在炎熱、陽光明媚的日子變暖時，通過改變窗戶的顏色來阻擋眩光，並減少不必要的太陽能加熱。

這種顏色變化還導致形成可產生機載電力的功能太陽能電池。熱致變色光伏窗戶可以幫助建築物轉變為能源發電機，增加它們對更廣泛的能源電網的需求。

最新的突破，現在可以實現無數種顏色和更廣泛的溫度範圍，從而驅動顏色開關。這增加了提高能源效率的設計靈活性，以及對建築美學的控制，這對建築師和最終用戶都是非常必要的。

這項研究建立在NREL早期對熱色窗的研究基礎上，該窗隨著太陽對其表面的加熱而變暗。隨著窗戶從透明變為有色，嵌入材料中的鈣鈦礦產生了電能。鈣鈦礦是一種晶體結構，被證明在利用陽光方面具有顯著的效率。

NREL博士後研究員布萊恩·羅薩萊斯(Bryan Rosales)說：「使用這項技術的原型窗可能會在一年內開發出來。」他的論文「層狀甲醯亞胺金屬滷化物鈣鈦礦中的可逆多色色度」(Reversible Multicolor Chromism In Layered Formaidium Metal Halide Perovskites)發表在「自然通訊」(Nature Communications)雜誌上。

第一代太陽能窗能夠在透明和紅棕色之間來回切換，需要150華氏度到175華氏度之間的溫度才能觸發轉換。最新的版本允許廣泛的顏色選擇，工作溫度在95華氏度到115華氏度之間，這是一個在炎熱的日子很容易達到的玻璃溫度。

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所需的3分鐘縮短到約7秒。

科學家們將一層薄薄的鈣鈦礦薄膜夾在兩層玻璃和注入的蒸汽之間。水蒸氣引發反應，使鈣鈦礦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。降低溼度會使鈣鈦礦返回到其正常的透明狀態。

他們也將計劃進行更多的研究，要探索的一個領域是熱致變色窗可以循環進入發電操作模式並返回到透明的次數，還將探討將太陽光轉化為電能的效率。