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| 鈣鈦礦氧化物可將硅基太陽(yáng)能電池板的轉化效率提高50% |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-01-27 14:10:22 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）斯坦福大學(xué)科學(xué)家的最新一項研究顯示，將鈣鈦礦氧化物堆垛于傳統太陽(yáng)能電池板上可以極大提高太陽(yáng)能電池板的總體性能。研究者們將這種新型鈣鈦礦氧化物-硅基太陽(yáng)能電池板成果發(fā)布在上周的《Energy & Environmental Science》期刊上。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池板截面圖
提高效率的一種經(jīng)濟性方法就是將兩種材料串聯(lián)起來(lái)做成組件，其中一種材料是硅基材料，另一種可以是比較便宜的其他光伏材料，他說(shuō)。
“制造這種低成本的串聯(lián)組件是非?？扇〉?，” McGehee說(shuō)。“你只要將一個(gè)太陽(yáng)能電池板覆在另一個(gè)上面，你所得到的轉化率將高于它們兩者單獨的轉化率。從經(jīng)濟性角度看，用硅基材料作太陽(yáng)能電池板的底部部分是個(gè)很有效的方法。但我們一直沒(méi)有找到合適的材料作頂部部分，直到最近鈣鈦礦氧化物的出現。”
鈣鈦礦氧化物是一種便宜又很容易在實(shí)驗室中制取的晶體材料。2009年，科學(xué)家向世人展示由鉛、碘化物和甲基銨組成的鈣鈦礦氧化物，這種材料能夠以3.8%的轉化率將太陽(yáng)光轉化為電能。從那以后，研究者一度將其轉化率提高到了約20%，能夠跟商業(yè)化使用的硅基太陽(yáng)能電池板媲美，從而引起了太陽(yáng)能電池板生產(chǎn)商的廣泛關(guān)注。
“我們的目標是影響全球已有的硅基材料工廠(chǎng)，”研究報告聯(lián)合撰稿人，斯坦福大學(xué)研究生Colin Bailie說(shuō)道。“使用兩種材料的串聯(lián)組件，你就無(wú)需再投資數十億美元建設新工廠(chǎng)。你可以繼續生產(chǎn)硅基元件，然后在其上面加一層成本相對低廉的鈣鈦礦氧化物。”
從光到電
太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)光中的光子轉化成能夠在電極間傳遞的電流。硅基太陽(yáng)能電池板可以吸收可見(jiàn)光和紅外光的光子并將其轉化為電流，而鈣鈦礦氧化物只吸收太陽(yáng)光譜中的可見(jiàn)光部分，這部分的光子能量更大。
“與硅基電池板相比，鈣鈦礦氧化物電池板因為只吸收光譜中高能量部分的光子，使得其單位可見(jiàn)光的光子產(chǎn)生的電力更大，” Bailie說(shuō)。
制造有效的鈣鈦礦氧化物-硅串聯(lián)組件最主要的障礙就是光板欠缺透光性。“科林必須想辦法把一個(gè)透明電極安裝在電池板的上部，這樣光子就可以透過(guò)鈣鈦礦氧化物并能夠被底部的硅層吸收，”麥吉說(shuō)。“還沒(méi)有人制造出配有2個(gè)透明電極的鈣鈦礦氧化物太陽(yáng)能電池板。”
鈣鈦礦氧化物在高溫下極易遭到破壞，同時(shí)它也易溶于水。這些內在不穩定性幾乎使得所有現有傳統技術(shù)手段都無(wú)法將電極安裝在鈣鈦礦氧化物電池板上，所以Bailie選擇手動(dòng)去做。
“我們使用一個(gè)塑料板，上面有納米銀線(xiàn)，”他說(shuō)。“然后我們利用一個(gè)工具加壓讓納米銀線(xiàn)貼合在鈣鈦礦氧化物太陽(yáng)能電池板上，就像是一個(gè)紋身貼。接下來(lái)你只需要揉搓就可以移出膠膜了。”
效率驚人
根據實(shí)驗，斯坦福大學(xué)研究小組將一個(gè)轉換率為12.7%的鈣鈦礦氧化物太陽(yáng)能電池板安放在轉化率只有11.4%的低品質(zhì)多晶硅太陽(yáng)能電池板上，實(shí)驗結果驚人。
“通過(guò)串聯(lián)鈣鈦礦氧化物的形式，我們將硅基太陽(yáng)能電池板的效率從11.4%提高到17%，效率相對提高了接近50%，”麥吉說(shuō)。“這一能效的大幅提高重新定義了低品質(zhì)硅基太陽(yáng)能電池板的商業(yè)價(jià)值。”
在另一個(gè)實(shí)驗中，研究小組用銅銦鎵硒化物（CIGS）做的電池板代替硅基太陽(yáng)能電池板。然后研究者們將轉換率為12.7%的鈣鈦礦氧化物太陽(yáng)能電池板安放在轉化率為17%的CIGS電池板上。串聯(lián)后的總轉化率達到了18.6%。
“由于幾乎所有鈣鈦礦氧化物太陽(yáng)能電池板都可以通過(guò)溶液沉積制得，所以可以在幾乎不增加成本的情況下將傳統太陽(yáng)能電池板升級為高性能串聯(lián)式的電池板，”作者們寫(xiě)道。
不過(guò)鈣鈦礦氧化物的長(cháng)期穩定性還是一個(gè)待解決的問(wèn)題，McGehee補充說(shuō)。“硅就是巖石，”他說(shuō)，“你可以把它加熱到600華氏攝氏度，讓它在陽(yáng)光下照射25年，而什么問(wèn)題都沒(méi)有。但是如果你讓鈣鈦礦氧化物接觸水或暴露在光下，它可能會(huì )降解。我們有一種方法可以讓鈣鈦礦氧化物太陽(yáng)能電池板穩定使用25年。我的目標是制造出轉化率達到25%的低成本串聯(lián)式電池板，這才是光伏公司值得興奮的事情。在未來(lái)5到10年，我們甚至可能達到30%的轉化率。”
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