五大極具潛力的太陽能技術突破
來源：科技日報 時間：2024-09-23 13:57
太陽能光伏發(fā)電是全球綠色轉型的“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，科學家還在孜孜不倦探索新技術，力求使其更高效、更可靠。美國the cool down網(wǎng)站在近日的報道中，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》雜志評為2013年十大突破之一，更被視為下一代光伏技術的璀璨明星，其受關注程度與日俱增。
鈣鈦礦是一組與礦物質鈣鈦氧化物擁有相同原子排列（晶體結構）的材料，在太陽能電池中展現(xiàn)出獨特的潛力。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，廣泛應用到建筑窗戶上。但鈣鈦礦也有一個致命缺陷：在自然狀態(tài)下，它會很快降解。
今年1月傳來喜訊，美國密歇根大學團隊發(fā)現(xiàn)，通過“修復缺陷”，即向鈣鈦礦電池中添加各種分子，會顯著提升鈣鈦礦太陽能電池板的穩(wěn)定性和耐用性。相關論文發(fā)表于《物質》雜志。
這一突破的關鍵在于巧妙使用添加劑，以抵消鈣鈦礦晶體結構內阻礙電子運動并加速降解的缺陷，研究團隊對不同尺寸、重量和配置的添加劑進行了深入評估，以探究它們對鈣鈦礦太陽能電池耐用性的影響。結果顯示，質量較大的分子在預防缺陷形成方面表現(xiàn)更佳，且分子越寬，效果越顯著。研究團隊表示，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、澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）等機構科學家組成的國際團隊經(jīng)多年研究，創(chuàng)下卷對卷印制鈣鈦礦太陽能電池光電轉化效率新紀錄，相關論文發(fā)表于《自然·通訊》雜志。
研究負責人之一、CSIRO首席研究科學家度晶·瓦克博士認為，傳統(tǒng)硅基太陽能電池板既堅硬又笨重，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化效率的同時擴大生產(chǎn)規(guī)模，一直是印制太陽能電池技術的“攔路虎”，此前問世的印制柔性太陽能電池板的光電轉化效率僅1%—2%。他們借助全新卷對卷印制技術，得到的柔性太陽能電池實現(xiàn)了高達15.5%的創(chuàng)紀錄能源轉化效率。
研究團隊表示，這些電池非常輕便且柔韌，便于攜帶，有望在城市建設、國防、太空和個人電子產(chǎn)品等領域“大顯身手”。
有機電池：可穿戴設備“好搭檔”
隨著可穿戴設備逐漸融入人們日常生活，從智能手環(huán)到健康監(jiān)測設備，再到未來可能出現(xiàn)的各種新奇產(chǎn)品，不斷推動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備發(fā)展的關鍵因素之一，一種有機太陽能電池似乎提供了新的解決方案。
今年年初，韓國科學技術院科學家在《焦耳》雜志刊發(fā)論文稱，他們研發(fā)出一種新型有機聚合物材料，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上，他們研制出一款可拉伸的有機太陽能電池。新電池的最大特點是，即使拉伸超過其原始狀態(tài)40%，光電轉換效率依然能夠保持19%，使其成為服裝或可穿戴設備的“好搭檔”。
研究團隊表示，該電池還具有出色的耐用性和穩(wěn)定性，能長時間為可穿戴設備提供穩(wěn)定可靠的電力支持。由于電池采用了有機材料，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。
串聯(lián)電池：光電轉化率提升
目前的太陽能電池板大部分是單層，且大部分光電轉化效率已經(jīng)超過20%。中國科技大學陳濤教授等人今年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，整個電池實現(xiàn)了20.58%的光電轉換效率。硒化銻是一種極好的無機吸光材料，毒性相對較低。
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，都可能獲得良好效果。
美國可再生能源實驗室指出，2009年，串聯(lián)太陽能電池的光電轉化效率僅3%，目前已20%以上。有不少科學家正在開發(fā)疊層太陽能電池，測試其他底層材料，以提升其效率。
電池板：最大限度吸收陽光
當其他科學家致力于尋找提高太陽能電池光電轉化效率的新方法時，英國劍橋卡文迪什實驗室和阿姆斯特丹AMOLF公司的科學家另辟蹊徑。
今年3月份，他們在《焦耳》雜志刊發(fā)論文稱，可以通過讓太陽能電池板更適應周圍環(huán)境，來提高其光電轉化效率。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，研究人員還建議對太陽能捕獲裝置進行圖案化處理，以最大限度地吸收陽光。
責任編輯：余璇
