近日，制冷與低溫工程研究所馬濤副教授在Nature子刊Nature Reviews Clean Technology發(fā)表題為“Balancing Aesthetics and Efficiency of Coloured Opaque Photovoltaics”的論文，旨在解決建筑光伏（BIPV）領(lǐng)域長期存在的美學需求與發(fā)電效率之間的矛盾。該研究首次系統(tǒng)構(gòu)建了彩色光伏組件“顏色-效率”協(xié)同優(yōu)化的理論框架與技術(shù)路徑，為高效彩色光伏的應(yīng)用提供方法指導與前瞻性研究方向。論文第一作者是博士畢業(yè)生、普林斯頓大學博士后李貞鵬，通訊作者是馬濤副教授。論文合作者還包括博士生李思楠、香港理工大學嚴晉躍教授與湖南大學彭晉卿教授。
彩色光伏的仿真設(shè)計與優(yōu)化框架
傳統(tǒng)光伏組件受限于黑色或深藍色外觀，難以滿足建筑、交通等場景的多樣化美學需求。研究基于高效光伏電池基底，通過微納光學材料設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使光伏器件在維持高效率的同時，呈現(xiàn)出可定制化的彩色以及灰白色外觀，并保留其高可靠性與低成本的優(yōu)勢，解決BIPV領(lǐng)域美學光伏設(shè)計的難題。
彩色光伏的顏色調(diào)控方法與技術(shù)路徑
研究以光伏組件色彩調(diào)控與材料特性的關(guān)聯(lián)機制為切入點，通過理論建模揭示了不同顯色狀態(tài)下彩色光伏器件的效率影響規(guī)律；創(chuàng)新性地構(gòu)建了多尺度協(xié)同優(yōu)化方法，包括微觀層面材料微納光學研究、介觀層面組件射線光學仿真、宏觀層面等效電路建模等，建立了光伏顏色與光電效率的協(xié)同優(yōu)化理論框架；系統(tǒng)研究了無機顏料、介電薄膜、干涉涂層等主流彩色光伏技術(shù)的實現(xiàn)路徑，深入剖析各技術(shù)優(yōu)劣性與關(guān)鍵瓶頸。研究提出了綜合顏色與效率等多維度彩色光伏性能評價體系，以及相關(guān)測試方法，探討了彩色光伏技術(shù)領(lǐng)域未來發(fā)展方向，并提出了突破現(xiàn)有效率瓶頸的技術(shù)路徑。
研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、上海市高峰學科建設(shè)計劃等項目的資助。團隊在彩色光伏技術(shù)領(lǐng)域取得了系列原創(chuàng)性技術(shù)突破，目前已與企業(yè)合作推進技術(shù)轉(zhuǎn)化和工程化應(yīng)用，在上海、南京等地實現(xiàn)了多個示范項目落地。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s44359-025-00032-6
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