鉅大LARGE | 點擊量:1369次 | 2018年12月08日
新材料將光伏發電效率提升50%
開發新型太陽能技術進展緩慢。以硅太陽能電池為例,這是目前最普遍的光伏發電形式。當硅片首次在20世紀50年代初建成時,它們只能將約6%的光線轉化為電能。30多年后,這個數字只達到20%,
當這種新材料在2010年被發現,經過不到8年的發展,光轉化的效率從3.8%躍升至22.7%后,引起了人們的關注。
“我們對這種材料真的不太了解,但我們仍然能夠制造出真正高效的太陽能電池,”在科羅拉多州戈爾登市國家可再生能源實驗室研究太陽能電池的喬·貝瑞說道。隨著科學家們對新材料的了解越來越多,效率只會繼續提高。
這種新材料被稱為鈣鈦礦,是在地殼中大量存在的天然礦物質中發現的。鈣鈦礦光伏電池由具有相似晶體結構的不同材料制成,這賦予它們半導體特性,亦被稱為“混合鈣鈦礦電池”。
與典型的太陽能電池板不同,硅必須在高溫爐中熔煉,然后雕刻成完美的晶圓并焊接在一起,而鈣鈦礦可以像墨水一樣印刷,這意味著它們制造的成本要少得多。
鈣鈦礦結構的剛性也低于硅,因此它們可以制成柔性的薄膜面板,并安裝在辦公樓窗戶,車輛,電子設備甚至衣服上。
其他類型的薄膜太陽能電池已經存在了一段時間,但它們沒有顯示鈣鈦礦薄膜實現的性能和改進速度。鈣鈦礦的理論最大效率為33%,按目前的研究進度,可能在十年內達成。
對于鈣鈦礦來說,最大的障礙是它們的波動性。鈣鈦礦的晶體結構易于降解,特別是在氧氣或水分的存在下。幾年前,鈣鈦礦晶體只持續了幾個小時就失去效力;如今,實驗室的材料每次測試大約六周。解決方案是鈣鈦礦用透明薄膜包裹以防暴露在空氣中。
由于太陽光由許多不同的波長組成,市面上的太陽能電池多使用光伏餅的組合方式,用不同材料吸收不同波長的光。而鈣鈦礦吸收的波長和現有材料覆蓋的范圍大不相同。如果組合得當,可以將市面上傳統太陽能電池40%的轉化效率提升至60%以上。