【導(dǎo)語(yǔ)】夏(xià)日(rì)午(wǔ)後(hòu)，陽(yáng)光(guāng)透(tòu)過(guò)窗(chuāng)戶(hù)灑(sǎ)入(rù)，你(nǐ)是(shì)否(fǒu)想(xiǎng)過(guò)讓(ràng)這(zhè)刺(cì)眼(yǎn)的(de)光(guāng)線(xiàn)直(zhí)接(jiē)化(huà)作(zuò)電(diàn)能(néng)？在(zài)全球(qiú)能(néng)源(yuán)轉(zhuǎn)型(xíng)浪(làng)潮(cháo)下(xià)，建(jiàn)築(zhù)節(jié)能(néng)領域迎來突破——南京大學研究團隊在《PhotoniX》發表新成果，研發出可直接塗覆於玻璃表麵的透明液晶塗層，能在保持窗戶采光通透的同時，將陽光轉化為電能，為建築能源利用開辟全新路徑。

夏日午後，你收否有過這樣的想法，如果將透過窗戶刺眼的陽光直接轉化為電能，是否能讓建築本身也參與發電？在全球能源結構加速轉型的背景下，建築物成為最具潛力的能源利用場所之一。高層建築的外牆大多由大麵積玻璃幕牆構成，這些表麵長期暴露在陽光下，卻很少被用於能源采集。如何讓窗戶在保持采光與通透的同時實現發電，成為建築節能領域的重要研究方向。

近日，南京大學的研究團隊在國際期刊《PhotoniX》上報道了一項新成果——一種可直接塗覆在玻璃表麵的太陽能采集塗層。這種透明的液晶薄膜能夠將陽光導向玻(bō)璃(lí)邊(biān)緣(yuán)，再(zài)由(yóu)小(xiǎo)型(xíng)光(guāng)伏(fú)芯(xīn)片(piàn)將(jiāng)其(qí)轉(zhuǎn)化(huà)為(wèi)電(diàn)能(néng)。研(yán)究(jiū)人(rén)員(yuán)稱(chēng)，這(zhè)項(xiàng)技(jì)術(shù)在(zài)實(shí)驗(yàn)中(zhōng)已(yǐ)能驅動小型電機運行，顯示出在未來建築節能、城市能源利用方麵的巨大潛力。

發表在《PhotoniX》關於玻璃表麵光伏發電的研究（圖片來源：參考文獻[1]）

為什麽窗戶發電一直很難

在建築節能技術的發展中，如何將光伏係統與建築結構融合，是一項長期存在的工程挑戰。

傳統的光伏窗(chuāng)通常采用非晶矽、砷化镓、有機光伏或鈣鈦礦等材料，將太陽能電池嵌入玻璃層中以實現發電功能。然而，這些方案普遍存在三個問題。

首先是透光性受限。發電材料在吸收光能的同時，也會阻擋可見光，使玻璃顯得昏暗或帶有明顯的色偏，不利於室內采光。對需要自然光環境的建築而言，這種光線衰減難以接受。

其次是能量轉換效率低。透明光伏材料雖然能透光，但吸收太陽能的效率往往不足，僅能利用約20%的入射光能，遠低於傳統屋頂光伏組件的性能。這意味著窗戶在發電與采光之間始終難以取得平衡。

第三是製造與安裝成本高。現有光伏窗需要在生產階段將電池層與玻璃進行一體化封裝，無法直接用於已建成的建築，也增加了維護與更換的難度。對

因此，盡管建築集成光伏已成為綠色建築的重要方向，能夠兼顧高透明度、美觀性和高效發電的窗體材料仍然稀缺。研究者們一直在尋找一種能夠直接附著在現有玻璃上的新型技術，使建築表麵真正成為可持續能源係統的一部分。

我國科學家的液晶光波導方案

南京大學研究團隊提出了一種新的思路——通過在普通玻璃上塗覆多層膽甾型液晶材料（Cholesteric Liquid Crystal, CLC），構建出一種無色、透明且能定向傳導光線的太陽能聚光係統。

這種塗層的核心原理在於光的偏振特性。膽甾型液晶是一種具有螺旋結構的光學材料，能夠選擇性反射與自身結構匹配的圓偏振光，同時允許其他光線透過。

研究人員將具有不同螺距的CLC層依次疊加，使其反射帶覆蓋整個可見(jiàn)光(guāng)波(bō)段(duàn)（400–750納(nà)米(mǐ)），從(cóng)而(ér)實(shí)現(xiàn)對(duì)寬(kuān)譜(pǔ)太陽光的有效引(yǐn)導(dǎo)。

基(jī)於(yú)CLC層(céng)鍍(dù)膜(mó)建(jiàn)築(zhù)玻(bō)璃(lí)圓(yuán)偏(piān)振(zhèn)分(fēn)光(guāng)的(de)概(gài)念(niàn)圖(tú)（圖(tú)片(piàn)來(lái)源(yuán)：參(cān)考(kǎo)文獻(xiàn)[1]）

當(dāng)陽(yáng)光(guāng)照(zhào)射(shè)到(dào)塗(tu)層(céng)上(shàng)時(shí)，部(bù)分(fēn)光(guāng)被(bèi)反(fǎn)射(shè)並(bìng)在玻璃內部形成全內反射波導，最終集中至玻璃邊緣的光伏芯片，由芯片將能量轉換為電能。

實驗結果表明，研究團隊製作的樣品直徑約為2.5厘米，能夠在室外條件下驅動一台功率(lǜ)為(wèi)10毫(háo)瓦的小型風扇運行。這一原型的平均可見光透過率為64.2%，顯色指數達到91.3，說明塗層幾乎不會影響窗戶的透明度與視覺效果。

在陽光下驅動 10 mW 風扇（圖片來源：參考文獻[1]）

模型計算顯示，若應用於兩米寬的建築玻璃，光能集中倍數可達到50倍，顯著提高光能利用效率。

此外，這種液晶塗層無需在玻璃內部嵌入電池結構，而是可以直接通過表麵塗覆的方式實現，具備較高的可行性。它隻需在玻璃一側邊緣安裝光伏片即可發電，能夠減少約75%的光伏材料使用量，顯著降低製造與維護成本。

研究團隊指出，這一係統在兼顧透明、美觀與高效能量收集的同時，還具備良好的可擴展性。隨著液晶厚度、螺距與光學結構的進一步優化，這種太陽能窗有望在高層建築、溫室設施及城市公共空間中得到廣泛應用。

總結

這項來自南京大學的研究，為建築能源利用提供了一種全新的技術路徑。通過在普通玻璃表麵塗覆多層膽甾型液晶材料，科研人員成功實現了光線的定向傳導與能量集中，從而在不影響透光和視野的前提下，將窗戶轉化為穩定的太陽能采集裝置。

與傳統光伏窗相比，這種液晶光波導係統不僅具備高透明度和良好的色彩還原度，還能大幅減少光伏材料的使用量，降低製造和維護成本。該技術在未來有望與高層建築外立麵、溫室設施及智能玻璃係統結合，為城市提供新的分布式能源解決方案。

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策劃製作

作者丨楊 超 深圳理工大學 博士

審核丨李學楊 南洋理工大學