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【年末盘点】2016年太阳能光伏行业十大前沿技术

导读: 追本溯源,从长远发展来看,太阳能发电成本的降低主要依靠的是电池效率的突破。而令人欣慰的是,2016年太阳能行业的科研人员们并未让人失望,他们用一次又一次的技术突破证明了太阳能发电的良好前景。

No.7 英美大学开发串联型钙钛矿太阳能电池 效率有望超30%!

美国斯坦福大学与英国牛津大学的研究人员宣布,利用涂布技术制作的串联型钙钛矿太阳能电池实现了20.3%的高转换效率,并且该电池具备高耐久性。预计将来转换效率有望超过30%。论文已发表在学术杂志《科学》上。

串联型太阳能电池,是以两层太阳能电池更有效地利用太阳光,以提高转换效率的技术。具体来说,第一层主要吸收太阳光中波长稍短的光和紫外线,第二层吸收波长稍长的光和红外线。

现有的串联型钙钛矿太阳能电池中,有在硅系太阳能电池上层叠钙钛矿太阳能电池的例子。此次与这类案例不同,其两层都是钙钛矿太阳能电池,分别是在玻璃基板上以涂布技术制作,再贴合到一起制成串联型。

【年末盘点】2016年太阳能光伏行业十大前沿技术

制作的串联型太阳能电池的截面照片

下面的红色层面向短波长光,上面的褐色层面向长波长光(摄影:Giles Eperon)

两层都制成钙钛矿太阳能电池的困难在于第二层的制作。此次单层具有14.8%转换效率、主要支持红外线的钙钛矿太阳能电池的实现,除了使用铅(Pb)的普通材料外,还采用了锡(Sn)和铯(Cs)。将其用于串联型,获得了20.3%的转换效率。

据称,钙钛矿太阳能电池,尤其是基于Sn的电池存在耐久性非常短等问题,而此次的制作大幅提高了耐久性。该太阳能电池在100摄氏度大气压环境下4天的实验中表现出了良好的耐久性。

编辑点评:发展迅速的钙钛矿电池,近几年来一直是太阳能产业的研究热点。钙钛矿技术具有巨大的潜力,有望在实现和砷化镓一样高的性能的同时实现比多晶硅电池还低的制造成本。尽管钙钛矿太阳能电池还存在诸多问题,但是近年的技术进展已经表明,钙钛矿光伏技术并没有难以逾越的原理性问题。该串联型钙钛矿太阳能电池不但效率突破到了一个新高点,而且提高了钙钛矿电池的耐久性,使得钙钛矿电池的发展向前迈进了一大步。

NO.8 石墨烯+光伏 太阳能电池雨天发电不用愁

多年来,工程师和材料学家在提高太阳能电池发电效率、扩大储电容量上的作为颇多。但是此太阳能发电仍需要天气的配合,当碰到下雨或多云的天气,太阳能电池的发电效率也随之大打折扣。中国科学家借助石墨烯成功开发出一种雨天也能发电的新型太阳能电池。

中国海洋大学(青岛)与云南师范大学(昆明)的科研团队在德国期刊《应用化学国际版》上发布研究报告详细阐述了这项成果,为了使得雨水也能产生电能,研究人员在高效染料敏化太阳能电池表面上覆盖了一层石墨烯薄膜。在遇水的情况下,石墨烯的电子可吸引正电荷离子,即路易斯酸碱电子理论,这一属性也可用于去除溶液中的铅离子和有机染料。

【年末盘点】2016年太阳能光伏行业十大前沿技术

原理图

该科研团队受路易斯酸碱电子理论启发,使用石墨烯薄膜来从雨水中获取电能。要知道,雨水并不是毫无杂质的纯净水,其中含有能分离成正负离子的盐份,其中正电荷离子主要为钠离子、钙离子与氨盐基。为了巧妙利用这些化学成分,科学家选用了能够吸引正离子的石墨烯薄膜,在雨水与石墨烯的接触点上,这些成分会被吸附到石墨烯表面,这层带正电的离子层会与石墨烯的负电电子作用结合,形成一个电子与正电荷离子组成的双层结构,能起到电容器一样储备电能的效果,双层间的势能差足以产生电压和电流。

在测试过程中,科学家们在染料敏化太阳能电池上加了一层石墨烯薄膜,然后把它们放在一种由铟锡氧化物和塑料制成的柔韧且透明的基质上,由此形成的柔韧度高的太阳能电池的光电转换效率为6.53%,并能从用来模拟雨水的盐水中产生数百的微伏特(microvolt)。

“未来太阳能电池的发展趋向可能是全天候的。”唐群委说,但这一研究尚处于概念阶段,距离投入商用还需很长一段时间。唐群委还表示,他们未来的研究力度将集中于如何有效控制雨水中的各种离子,以及如何利用雨中那些常见的低浓度离子发电。

编辑点评:梦幻变成真实,雨天也能发电的太阳能电池,将打破太阳能发电一直以来的软肋。在这一点上来说,这项技术毫无疑问是极具开创性的。未来,这项技术在雨量充沛但太阳能资源不够丰富的地区、酸雨多发地区、以及岛礁供电和海上航行等领域都能派上用场。如果未来该项技术能得到持续发展,光伏电站将摆脱发电雨天不能发电的桎梏,为全球带来稳定的供电。

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