小電池指引光伏產(chǎn)業(yè)新方向

2013-11-20 10:24:04 太陽能發(fā)電網(wǎng)
新光伏材料在實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造了奇跡,但是能夠商業(yè)化嗎? 在不同類型的太陽能電池里,有一種產(chǎn)品脫穎而出。數(shù)十年里,幾乎所有的太陽能技術(shù),例如晶體硅晶片和碲化鎘薄膜都有一個(gè)緩慢穩(wěn)定的發(fā)展過程,同時(shí)也有技術(shù)能將太陽光線的14%能量轉(zhuǎn)換為電力。但如今一

 

  有機(jī)太陽能電池的擴(kuò)散長度大約為10納米。相比之下,鈣鈦礦的擴(kuò)散長度是前者的100倍。“結(jié)果是,你能收集通行了更長距離的電荷!盙ratzel說。

  鈣鈦礦還有另一個(gè)價(jià)值很高的特性:產(chǎn)生電壓的效率。例如,在晶體硅太陽能電池中,需要從光子獲得至少1.1電子伏(eV)的能量,從而將一個(gè)電子反沖出硅原子的束縛,成為自由電子。然后,電子到達(dá)電極,再進(jìn)入電路,它們的電壓會(huì)降至0.7eV,僅喪失了0.4eV——這也是硅在商業(yè)上取得成功的部分原因。

  對(duì)于傳統(tǒng)的DSSCs和有機(jī)太陽能電池而言,這些損耗約為0.7eV~0.8eV。但是,鈣鈦礦的損耗僅有0.4eV,與商業(yè)利益相匹配!扳}鈦礦的這些優(yōu)點(diǎn)非常好!盰ang說,“這就是我們想要的!盰ang小組在過去10年里花費(fèi)大量時(shí)間研究有機(jī)太陽能電池,將其效能提高到接近11%。但是,之后他們開始研究鈣鈦礦,“我們?cè)?個(gè)月里使其能效達(dá)到13%!盰ang說。

  另外,鈣鈦礦在吸收藍(lán)色和綠色光子方面比硅更好。鈣鈦礦的生成溫度比玻璃的熔點(diǎn)低,工程師能夠?qū)⑺鼈冎苯愉佋诠桦姵夭A繉拥捻敹。McGehee表示,這一策略可能制造廉價(jià)串聯(lián)電池,但是沒有人這樣做過。

  遭遇障礙

  太陽能電池企業(yè)需要新的活力。近年來,太陽能電池價(jià)格下降,經(jīng)過殘酷的商業(yè)淘沙,大量相關(guān)企業(yè)紛紛破產(chǎn)。Gratzel指出,風(fēng)險(xiǎn)投資公司以及科學(xué)基金機(jī)構(gòu),對(duì)支持有機(jī)太陽能光伏電板和DSSCs等進(jìn)展緩慢研究的熱情逐漸冷卻。他補(bǔ)充道:“相關(guān)企業(yè)的情緒非常低落”。因此鈣鈦礦來得正是時(shí)候,“我們需要激勵(lì)”。
即便如此,在鈣鈦礦太陽能電池為進(jìn)入市場(chǎng)作好準(zhǔn)備前還有很長的路要走。首先,Cahen說,目前實(shí)驗(yàn)室里制造的大部分電池是微小的,僅幾厘米大。相比之下,硅電池板直徑能達(dá)數(shù)米!昂茈y生產(chǎn)較大的鈣鈦礦連續(xù)膜!盋ahen說。而且沒有研究人員能解決耐久性問題。鈣鈦礦電池對(duì)氧氣非常敏感,會(huì)與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而破壞晶體結(jié)構(gòu),并產(chǎn)生水蒸氣,溶解鹽狀的鈣鈦礦。更糟的是,目前最好的鈣鈦礦中的鉛可能會(huì)濾出,污染屋頂和土壤。

  “這里也存在許多困難!盋ahen說,“此時(shí),我是一個(gè)樂觀主義者,并且是材料研究的信徒!庇嘘P(guān)鈣鈦礦的諸多挑戰(zhàn)需要解決,“該領(lǐng)域在未來幾年中將非;钴S”。Gratzel說。全球太陽能電池市場(chǎng)價(jià)值每年將達(dá)到近500億美元,研究人員有動(dòng)力推進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。



作者:唐鳳 來源:中國科學(xué)報(bào) 責(zé)任編輯:admin

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