Ученые создали перерабатываемое флуоресцентное стекло, сохраняющее 95 процентов своих свойств после 10 циклов повторного использования.
Изображение стакана. (Репрезентативное изображение)
Лорел Гласс
Китайские исследователи приближаются к созданию строительных материалов для собственной генерации чистой энергии. Люминесцентные солнечные концентраторы (ЛСК) представляют собой перспективное решение, сочетающее прозрачность и способность накапливать солнечную энергию.
В этих устройствах используется полупрозрачное флуоресцентное стекло, которое поглощает часть солнечного света, излучает свет и направляет его на солнечные элементы, размещенные по краям, для выработки электроэнергии.
До сих пор большинство флуоресцентных стекол для ЛСК изготавливалось путём внедрения нанокристаллов. Несмотря на эффективность в лабораторных условиях, производство нанокристаллов дорого и сложно масштабируемо. Этот процесс требует больших затрат растворителей, занимает много времени и имеет низкую производительность.
Кроме того, после повреждения стекла излучатели не подлежат переработке, что делает их одноразовыми и бесполезными.
Чтобы преодолеть эти проблемы, ученые ищут способы производства флуоресцентного стекла с помощью более простых одноэтапных термических обработок, способствующих переработке и устойчивому использованию.
Прорывной материал из Китая
Группа исследователей под руководством профессора Сиянь Ли из Нанькайского университета (Китай) заявила о разработке нового материала, способного произвести революцию в этой области. В ходе своего исследования группа синтезировала желто-излучающий материал под названием люминофор ETP2SbCl5, используя простой метод растворения при комнатной температуре. Под воздействием тепла этот материал также можно превратить в стекло.
Новое стекло продемонстрировало впечатляющие характеристики. Команда сообщила об эффективности преобразования энергии 5,56% и оптической эффективности 32,5% в небольшом устройстве размером 3×3×0,5 см³. Важно отметить, что стекло оставалось достаточно прозрачным для практического использования, со средним светопропусканием 78,3%.
Исследователи объяснили: «Сначала мы визуализируем искажение пирамиды [SbCl5] во время фазового перехода от α через β к G-ETP2SbCl5 с помощью молекулярной динамики Ab initio (AIMD), а затем выявляем его влияние на уширенное и смещенное в красную область излучение».
Высокая эффективность с дополнительными преимуществами
Новое солнцезащитное стекло обладает и другими преимуществами, помимо преобразования энергии. Оно способно эффективно поглощать ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 420 нанометров и генерировать мощное излучение посредством процесса, называемого излучением автолокализованных экситонов (STE).
Это излучение достигло квантового выхода фотолюминесценции (PLQY) около 52,6 процента, что помогло направить свет на солнечные элементы, расположенные вдоль краев стекла.
«Изготовленные флуоресцентные стекла демонстрируют среднюю светопропускаемость 78,3%. Они способны эффективно поглощать УФ-излучение (<420 нм) и генерировать излучение автолокализованных экситонов (STE) с коэффициентом пропускания около 52,6%», — подытожила группа.
«Благодаря их превосходным волноводным характеристикам часть солнечного света и флуоресценции удалось направить на фотоэлектрические устройства, соединённые на краях. Мы достигли наивысшей эффективности преобразования энергии и оптической эффективности, составляющей ~5,56% и ~32,5% соответственно, на устройстве LSC размером 3×3×0,5 см3».
Перерабатываемое и самовосстанавливающееся солнцезащитное стекло
Самое замечательное свойство этого нового материала — его пригодность к переработке. В отличие от традиционных LSC на основе нанокристаллов, это стекло способно к обратимым переходам между состояниями люминофора и стекла. Нагрев стекла до 200°C (392°F) позволяет ему самовосстанавливаться и использоваться повторно.
Даже после десяти циклов преобразования из фосфора в стекло и обратно материал сохранил 95% своих первоначальных характеристик. Это делает его долговечным и малоотходным вариантом для будущих солнечных технологий.
«Помимо свойства самовосстановления при 200 °C, были обнаружены обратимые переходы между фазами фосфора и стекла», — подчеркнули исследователи в пресс-релизе его более широкий потенциал.
«Даже после прохождения 10 циклов превращения фосфора в стекло, конечные переработанные люминофоры по-прежнему сохраняют около 95% своей первоначальной фотолюминесцентной эффективности, что позволяет использовать их в других областях, например, в светодиодах с преобразованным фосфором или в системах защиты от подделок и т. д., будучи столь же эффективными, как и свежесинтезированные люминофоры, что подчеркивает их роль в решениях в области устойчивой энергетики для низкоуглеродной эры».
Эта разработка представляет собой важный шаг к созданию доступного, перерабатываемого и эффективного солнцезащитного стекла. В случае масштабирования в будущем здания можно будет проектировать с окнами, которые не только пропускают свет, но и генерируют чистую электроэнергию, при этом срок службы этих окон значительно превышает срок службы современных солнечных материалов.
Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.
Sourse: interestingengineering.com
