复享光学R1助力表征新型衍射型太阳能聚光器

摘要：✅采用复享光学的R1角分辨光谱仪对CUSC进行不同入射角度反射率/透过率测量，揭示了其在宽角度入射下的光学性能变化。

划重点

✅ 成功设计出一种新型衍射型太阳能聚光器（CUSC），兼具高效聚光与优异光学性能。

✅ CUSC可通过简单涂覆或转移方式与现有建筑玻璃无缝集成，具备出色的光伏性能与稳定性。

✅采用复享光学的R1角分辨光谱仪对CUSC进行不同入射角度反射率/透过率测量，揭示了其在宽角度入射下的光学性能变化。

近日，南京大学现代工程与应用科学学院胡伟教授、陆延青教授团队在PhotoniX上发表重要成果，提出一种基于胆甾型液晶（CLC）层直接涂覆于建筑玻璃的CUSC，直径1英寸的原型装置可为户外10毫瓦风扇供电，经典2米宽窗的聚光效率可达50倍。

背景介绍

随着人口增长和城市化加速，能源消耗激增，传统能源存在污染、占地等问题，建筑集成光伏技术因此开始受到关注。而现有的发光型和散射型太阳能聚光器，存在效率低、美观性差、与现有建筑玻璃兼容性差等问题。

研究成果

研究团队通过堆叠具有亚微米横向周期性排列的CLC层，在玻璃内部实现了宽带、单向光波导，为高效透射式太阳能捕获提供了新途径，兼具良好的美观性与经济可行性。

无色单向太阳能聚光器（CUSC）的概念

研究团队使用了光取向剂、反应性液晶、手性掺杂剂、光引发剂等多种材料进行CUSC的制作。将实现反射带的连续重叠的CLC薄膜涂覆于建筑玻璃后形成太阳能聚光器，可无缝集成到建筑光伏系统中（图1a）。在AM 1.5G光源照射下，使用复享光学R1角分辨光谱仪测得位于光子带内的选定圆偏振光经全内反射传输至玻璃边缘（图1b）。

图1 CUSC玻璃光伏概念示意图

CUSC的光学性质

研究团队采用532纳米单色光源来表征CUSC的圆偏振依赖性能量分配特性。复享光学R1角分辨光谱仪测量入射角θ在400-800纳米范围内随角度变化的透过率特性（图2f）。测试结果表明，垂直入射时，可见光平均透过率（AVT）达64.2%，显色指数（CRI）为91.3，在±60°视角下仍大于85.5，符合美学标准。

图2 CUSC的制备和表征

单向波导性能与模拟分析

当准直白光垂直照射CUSC时，光被不对称地衍射并引导至玻璃的-x方向边缘（图3a），直观证明了其衍射型（而非散射型）的工作机制。理论模拟显示在-20°≤θ≤20°的入射角范围内（图3d），CUSC表现出宽带衍射特性，确保了在实际太阳角度变化环境中仍保持较高的聚光效率。

图3 单向波导的性能与仿真研究

通过以上探索，研究团队成功制备出1英寸直径的原型机，在户外可驱动10mW风扇运转。在AM 1.5G光照下，其短路电流密度、开路电压、填充因子等参数表现良好，光电转换效率（PCE）达3.7%左右。全天户外测试中，1500小时白光LED照射后的CUSC仍能保持95.4%的峰值PCE。

复享光学设备推荐

在本研究中，R1角分辨光谱仪对无色单向太阳能聚光器在不同入射角度（-60°至60°）范围内 400-800nm 波长的透过率进行表征，明确了其在宽角度入射下的光学性能变化，为实际应用提供了关键数据支撑。

角分辨光谱仪R1

✔ 0~360°变角度

✔ 宽谱段220~2500nm

✔ 定角激发，定角接收

参考文献：

Zhang D, Guo Z, Xu C T, et al. Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows[J]. PhotoniX, 2025, 6(1): 20.