五大極具潛力的太陽能技術突破

2024-09-21 01:30:00 來源: 科技日報點擊數：

科技日報記者劉霞

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，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)模生產能效高

今年3月，英國劍橋大學、澳大利亞聯邦科學與工業(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，再到未來可能出現的各種新奇產品，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，在生產和使用過程中產生的環(huán)境污染較小，具有環(huán)保優(yōu)勢。

串聯電池：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（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。