太陽(yáng)能光伏發(fā)電是全球綠色轉(zhuǎn)型的“生力軍”。盡管太陽(yáng)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(guó)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?yáng)能創(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(yáng)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(yáng)能電池中展現(xiàn)出獨(dú)特的潛力。相比傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)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(lái)喜訊，美國(guó)密歇根大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)“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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guó)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(guó)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(yáng)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(yáng)能電池板既堅(jiān)硬又笨重，印制太陽(yáng)能電池能效高、成本低。但在保持太陽(yáng)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(yáng)能電池技術(shù)的“攔路虎”，此前問(wèn)世的印制柔性太陽(yáng)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(yáng)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(guó)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?，從智能手環(huán)到健康監(jiān)測(cè)設(shè)備，再到未來(lái)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(wèn)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(yáng)能電池似乎提供了新的解決方案。
今年年初，韓國(guó)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(yáng)能電池。新電池的最大特點(diǎn)是，即使拉伸超過(guò)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(guò)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(yáng)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(guò)20%。中國(guó)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(yáng)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(wú)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(yáng)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(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室指出，2009年，串聯(lián)太陽(yáng)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(kāi)發(fā)疊層太陽(yáng)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(yáng)光
當(dāng)其他科學(xué)家致力于尋找提高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的新方法時(shí)，英國(guó)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(guò)讓太陽(yáng)能電池板更適應(yīng)周?chē)h(huán)境，來(lái)提高其光電轉(zhuǎn)化效率。具體途徑包括讓太陽(yáng)能電池板彎曲、折疊或半透明，以便更好地融入周?chē)h(huán)境。此外，研究人員還建議對(duì)太陽(yáng)能捕獲裝置進(jìn)行圖案化處理，以最大限度地吸收陽(yáng)光。（劉 霞）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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