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五大極具潛力的太陽能技術(shù)突破

來源:科技日?qǐng)?bào) 時(shí)間:2024-09-24 10:27:52

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太陽能光伏發(fā)電是全球綠色轉(zhuǎn)型的“生力軍”。盡管太陽能電池板已“飛入尋常百姓家”,但它們并非盡善盡美。為此,科學(xué)家還在孜孜不倦探索新技術(shù),力求使其更高效、更可靠。美國the cool down網(wǎng)站在近日的報(bào)道中,列出了研究人員今年取得的五大極具發(fā)展?jié)摿Φ奶柲軇?chuàng)新技術(shù)突破。


鈣鈦礦電池:穩(wěn)定耐用性增加


鈣鈦礦太陽能電池,曾被《科學(xué)》雜志評(píng)為2013年十大突破之一,更被視為下一代光伏技術(shù)的璀璨明星,其受關(guān)注程度與日俱增。


鈣鈦礦是一組與礦物質(zhì)鈣鈦氧化物擁有相同原子排列(晶體結(jié)構(gòu))的材料,在太陽能電池中展現(xiàn)出獨(dú)特的潛力。相比傳統(tǒng)硅基太陽能電池,鈣鈦礦太陽能電池不僅成本更低,而且更加柔韌。它還能制成透光、半透明的光伏組件,廣泛應(yīng)用到建筑窗戶上。但鈣鈦礦也有一個(gè)致命缺陷:在自然狀態(tài)下,它會(huì)很快降解。


今年1月傳來喜訊,美國密歇根大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),通過“修復(fù)缺陷”,即向鈣鈦礦電池中添加各種分子,會(huì)顯著提升鈣鈦礦太陽能電池板的穩(wěn)定性和耐用性。相關(guān)論文發(fā)表于《物質(zhì)》雜志。


這一突破的關(guān)鍵在于巧妙使用添加劑,以抵消鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)阻礙電子運(yùn)動(dòng)并加速降解的缺陷,研究團(tuán)隊(duì)對(duì)不同尺寸、重量和配置的添加劑進(jìn)行了深入評(píng)估,以探究它們對(duì)鈣鈦礦太陽能電池耐用性的影響。結(jié)果顯示,質(zhì)量較大的分子在預(yù)防缺陷形成方面表現(xiàn)更佳,且分子越寬,效果越顯著。研究團(tuán)隊(duì)表示,這一創(chuàng)新有望大幅降低太陽能電池板的成本。


印制電池:規(guī)模生產(chǎn)能效高


今年3月,英國劍橋大學(xué)、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)等機(jī)構(gòu)科學(xué)家組成的國際團(tuán)隊(duì)經(jīng)多年研究,創(chuàng)下卷對(duì)卷印制鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率新紀(jì)錄,相關(guān)論文發(fā)表于《自然·通訊》雜志。


研究負(fù)責(zé)人之一、CSIRO首席研究科學(xué)家度晶·瓦克博士認(rèn)為,傳統(tǒng)硅基太陽能電池板既堅(jiān)硬又笨重,印制太陽能電池能效高、成本低。但在保持太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,一直是印制太陽能電池技術(shù)的“攔路虎”,此前問世的印制柔性太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)化效率僅1%—2%。他們借助全新卷對(duì)卷印制技術(shù),得到的柔性太陽能電池實(shí)現(xiàn)了高達(dá)15.5%的創(chuàng)紀(jì)錄能源轉(zhuǎn)化效率。


研究團(tuán)隊(duì)表示,這些電池非常輕便且柔韌,便于攜帶,有望在城市建設(shè)、國防、太空和個(gè)人電子產(chǎn)品等領(lǐng)域“大顯身手”。


有機(jī)電池:可穿戴設(shè)備“好搭檔”


隨著可穿戴設(shè)備逐漸融入人們?nèi)粘I睿瑥闹悄苁汁h(huán)到健康監(jiān)測(cè)設(shè)備,再到未來可能出現(xiàn)的各種新奇產(chǎn)品,不斷推動(dòng)著人們生活方式的變革。但如火如荼的繁華背后,電源問題一直是制約可穿戴設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵因素之一,一種有機(jī)太陽能電池似乎提供了新的解決方案。


今年年初,韓國科學(xué)技術(shù)院科學(xué)家在《焦耳》雜志刊發(fā)論文稱,他們研發(fā)出一種新型有機(jī)聚合物材料,具有很高的光伏特性,能像橡膠一樣拉伸。在這種聚合物的基礎(chǔ)上,他們研制出一款可拉伸的有機(jī)太陽能電池。新電池的最大特點(diǎn)是,即使拉伸超過其原始狀態(tài)40%,光電轉(zhuǎn)換效率依然能夠保持19%,使其成為服裝或可穿戴設(shè)備的“好搭檔”。


研究團(tuán)隊(duì)表示,該電池還具有出色的耐用性和穩(wěn)定性,能長(zhǎng)時(shí)間為可穿戴設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電力支持。由于電池采用了有機(jī)材料,在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染較小,具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)。


串聯(lián)電池:光電轉(zhuǎn)化率提升


目前的太陽能電池板大部分是單層,且大部分光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過20%。中國科技大學(xué)陳濤教授等人今年3月在《能源材料與器件》雜志刊發(fā)論文指出,他們的一項(xiàng)新研究表明,串聯(lián)(雙層)太陽能電池也能具有很好的光電轉(zhuǎn)化效率。


他們研制出的電池頂層由鈣鈦礦制成,底層由硒化銻制成,整個(gè)電池實(shí)現(xiàn)了20.58%的光電轉(zhuǎn)換效率。硒化銻是一種極好的無機(jī)吸光材料,毒性相對(duì)較低。


陳濤表示,硒化銻的高穩(wěn)定性為制備串聯(lián)太陽能電池提供了極大便利,它與多種不同類型的頂部電池材料配對(duì),都可能獲得良好效果。


美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室指出,2009年,串聯(lián)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率僅3%,目前已20%以上。有不少科學(xué)家正在開發(fā)疊層太陽能電池,測(cè)試其他底層材料,以提升其效率。


電池板:最大限度吸收陽光


當(dāng)其他科學(xué)家致力于尋找提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的新方法時(shí),英國劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室和阿姆斯特丹AMOLF公司的科學(xué)家另辟蹊徑。


今年3月份,他們?cè)凇督苟冯s志刊發(fā)論文稱,可以通過讓太陽能電池板更適應(yīng)周圍環(huán)境,來提高其光電轉(zhuǎn)化效率。具體途徑包括讓太陽能電池板彎曲、折疊或半透明,以便更好地融入周圍環(huán)境。此外,研究人員還建議對(duì)太陽能捕獲裝置進(jìn)行圖案化處理,以最大限度地吸收陽光。

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