鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,科學(xué)家們?cè)?a href="http://ttokpm.com/article/zt/" target="_blank">最新研究中發(fā)現(xiàn),一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達(dá)22.1%,為目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍,能大幅降低太陽(yáng)能電池的使用成本。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。
盡管研究團(tuán)隊(duì)還沒(méi)有演示以新材料為原料制造的高效太陽(yáng)能電池,此項(xiàng)研究已成為此前諸多研究強(qiáng)有力的補(bǔ)充,證明了擁有獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦有望改變太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的面貌。當(dāng)前市場(chǎng)上占主流的太陽(yáng)能電池以硅和碲化鎘為材料,達(dá)到目前的轉(zhuǎn)化效率歷時(shí)10多年;而鈣鈦礦只花了短短4年時(shí)間的研究,有鑒于此,即使業(yè)界保守人士也對(duì)鈣鈦礦非常看好。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、賓夕法尼亞大學(xué)能源創(chuàng)新研究中心聯(lián)合主任安德魯˙阿姆表示,以新式鈣鈦礦為原料制造的太陽(yáng)能電池能將大約一半的太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電力,為目前的2倍,因此,只需一半太陽(yáng)能電池就可提供同樣的電力,這將大大減少安裝成本,從而讓總成本顯著降低。
另外,阿姆說(shuō),與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池材料不同,新材料并不需要電場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生電流,這將減少所需材料的數(shù)量,產(chǎn)生的電壓也更高,從而能增加能量產(chǎn)出;而且,新材料也能很好地對(duì)可見(jiàn)光做出反應(yīng),這對(duì)太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)意義重大。
研究人員也證明,新材料稍作改變就能有效地將不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電力,科學(xué)家們可借此制造出擁有不同層的太陽(yáng)能電池,每層吸收不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光,從而顯著提高能效。
不過(guò),有專家則強(qiáng)調(diào),盡管這些屬性非常有用,但阿姆團(tuán)隊(duì)要想制造出可用的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還有很長(zhǎng)的路要走。首先,這種太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流很低。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)缺點(diǎn)
從2009年到2015年的短短6年間,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%一下子躍升至20.3%,提高了5倍多。其效率進(jìn)步之快,以至于被《科學(xué)》期刊評(píng)為2013年的10大科學(xué)突破之一。當(dāng)前,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的學(xué)術(shù)研究仍然十分活躍,其產(chǎn)業(yè)化前景也十分看好,但實(shí)用化技術(shù)的研究成果尚待突破。
這是因?yàn)椋?/p>
一 鈣鈦礦電池的優(yōu)勢(shì):
轉(zhuǎn)換效率發(fā)展速度快——6年時(shí)間從3.8%升到20.3%,而2013年11月美國(guó)科學(xué)家在最新研究中發(fā)現(xiàn),新式鈣鈦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達(dá)50%,為目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍,這說(shuō)明了它還有很大的發(fā)展?jié)摿? 電池制作工藝簡(jiǎn)單——實(shí)驗(yàn)室中常采用液相沉積、氣相沉積工藝、液相/氣相混合沉積工藝;
電池發(fā)電成本低——甚至有可能會(huì)比火力發(fā)電還低;
建筑一體化潛力——鈣鈦礦型電池屬于薄膜電池,目前主要就是沉積在玻璃上,還可以通過(guò)控制各層材料的厚度和材質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同程度的透明度,當(dāng)然效率也會(huì)降低,不過(guò)這類應(yīng)用是值得嘗試的。例如牛津大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以做出半透光(灰褐色)的電池。如果將采光與發(fā)電融為一體的太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)順利,有望成為高樓大廈幕墻裝飾、車輛有色玻璃貼膜等的替代品。
二鈣鈦礦電池的劣勢(shì):
材料有毒——鈣鈦礦電池材料含有鉛,不過(guò)鉛跟其他類型電池含有的砷、鎵、碲、鎘相比,簡(jiǎn)直就是小巫見(jiàn)大巫。而美國(guó)西北大學(xué)也已研發(fā)出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,不過(guò)這種電池的轉(zhuǎn)換效率還只有6%,而且材料非常不穩(wěn)定,目前處于研發(fā)初級(jí)階段;
材料不穩(wěn)定——鈣鈦礦中的鉛容易氧化使碘揮發(fā),且當(dāng)晶體遇濕時(shí)則易分解。如果我們使用鈣鈦礦電池發(fā)電,它很有可能分解滲出流到屋頂或土壤中;
電池壽命不長(zhǎng)——目前,壽命最長(zhǎng)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可達(dá)到1000小時(shí),由華中科技大學(xué)和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院合作研發(fā)。而傳統(tǒng)晶硅電池壽命一般可達(dá)到25年,比鈣鈦礦電池長(zhǎng)得多。