建筑物反射光引起的光污染嚴(yán)重威脅全球環(huán)境和人類健康。在現(xiàn)代建筑中，為了滿足居民采光需求，玻璃門、窗、幕墻等透明構(gòu)件不可或缺。然而，這些透明構(gòu)件不可避免地會(huì)引起太陽(yáng)光的反射。除了光能的浪費(fèi)外，還容易造成嚴(yán)重的室外光污染問題。雖然簡(jiǎn)單增加玻璃組件的透明度可以有效減少室外光污染，但過(guò)多的光線、光能進(jìn)入室內(nèi)會(huì)對(duì)人體造成眩光、疲倦、神經(jīng)衰弱等一系列問題，同時(shí)也增大了室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的承載壓力。作為有望解決光污染問題的光伏技術(shù)新模式，建筑光伏一體化(BIPV)要求透明構(gòu)件具有一體化、簡(jiǎn)潔化、美觀化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并可同時(shí)提供綠色能源，提高建筑節(jié)能水平。如何在保證建筑宜居的基礎(chǔ)上，開發(fā)可用于BIPV透明構(gòu)件的光伏材料與器件，協(xié)同提高太陽(yáng)能利用率和抑制光污染，已成為光伏技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。
 

　　中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)在朱錦研究員和那海寧研究員的帶領(lǐng)下長(zhǎng)期從事生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)與應(yīng)用研究，圍繞非糧生物質(zhì)基高性能及功能材料開展了多項(xiàng)卓有成效的研究工作。近日，該團(tuán)隊(duì)基于非糧生物質(zhì)纖維素所特有的散光本質(zhì)及碳量子點(diǎn)擁有的熒光發(fā)光能力，開發(fā)出可同步實(shí)現(xiàn)對(duì)自然光散光及熒光發(fā)光的微纖化纖維素/碳量子點(diǎn)(MFC/CQDs)復(fù)合體，并通過(guò)原位自由基聚合的方法將其均質(zhì)嵌入到有機(jī)玻璃中，由此形成了一類新型的散光-發(fā)光型太陽(yáng)能聚光器(S-F LSC)。利用S-F LSC可同步實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光的廣譜光電轉(zhuǎn)化利用和光污染抑制。S-F LSC的可見光透過(guò)率為77.87%，反光率僅為9.99%。同時(shí)，所制備的S-F LSC展現(xiàn)出明顯優(yōu)于傳統(tǒng)LSC的光電轉(zhuǎn)化效率(達(dá)到8.61%)。S-F LSC所具有的廣譜太陽(yáng)能利用和光污染抑制的協(xié)同作用，使其有望成為未來(lái)綠色社區(qū)建設(shè)中的關(guān)鍵透明節(jié)能構(gòu)件。
 

　　該工作由2022級(jí)碩士生靳晨凱在朱錦研究員和那海寧研究員的指導(dǎo)下完成，并以“Fabricating scattering-fluorescent luminescent solar concentrator synchronously to achieve broad-spectrum solar energy utilization and light pollution inhibition”為題，發(fā)表在Energy & Environmental Science上(DOI: 10.1039/D4EE01157K)。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21978310)、寧波材料所所長(zhǎng)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(E30204QF21)、海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(ZDYF2023XDNY053)、寧波市公益性科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2021S020)的支持。
 

　　圖(a)散射-熒光太陽(yáng)能聚光器的設(shè)計(jì)合成示意圖；(b)以微纖化纖維素/碳量子點(diǎn)(MFC/CQDs)和MFC分別作為發(fā)光物質(zhì)制備的太陽(yáng)能聚光器的光電轉(zhuǎn)化效率圖；(c)以MFC/CQDs和MFC分別作為發(fā)光物質(zhì)制備的太陽(yáng)能聚光器的可見光透過(guò)率和反射率圖；(d)與傳統(tǒng)太陽(yáng)能聚光器相比的性能對(duì)比圖