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小电池指引光伏产业新方向

2013-11-20 09:39
姚看江湖
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  在不同类型的太阳能电池里,有一种产品脱颖而出。数十年里,几乎所有的太阳能技术,例如晶体硅晶片和碲化镉薄膜都有一个缓慢稳定的发展过程,同时也有技术能将太阳光线的14%能量转换为电力。但如今一个新竞争者脱颖而出:由名为钙钛矿的复杂晶体制成的太阳能电池。

  2009年,这种电池悄然到来,当时其有效转换率为3.8%——这是一个乏味的结果,因为当时的顶级硅光电池在实验室中的转换率能达到25%。但是,到2011年年底,新电池的有效率翻了一番达到6.5%,去年攀升到10%,2013年,有效率为15%。“这让人惊讶。”以色列魏茨曼科学研究学院材料学家DavidCahen说,“在太阳能电池里,我们从未看到这样的结果。”

  这种电池的发展趋势越来越好。钙钛矿是由现成材料制成的,不像某些种类的太阳能电池,它们廉价而容易产生。专家认为,这种电池还有许多改进空间,明年效率能达到20%。钙钛矿太阳能电池还有潜力与硅电池板相结合,制造出效率达30%甚至更高的串联电池。

  “它在发展。”美国斯坦福大学材料学家MichaelMcGehee说。“它非常具有竞争性。”瑞士联邦理工学院化学家MichaelGratzel说。“战役在继续。它的发展非常迅速,我没有时间睡觉了。”美国加州大学洛杉矶分校太阳能电池专家YangYang说。

  正确方向

  钙钛矿在1个多世纪前就摆在了太阳能电池制造者面前。1839年,一位俄罗斯矿物学家首次发现了这种矿物质的自然状态。目前,已知有数百种此类矿物质,太阳能电池钙钛矿属于半导体,其他家族成员从导体到绝缘体范围极为广泛,最著名的是高温氧化铜超导体。

  上世纪90年代,IBM华生研究中心物理学家DavidMitzi使用钙钛矿半导体制成了薄膜晶体管和发光二极管。这些装置能够工作。尽管许多发光材料也能制成良好的吸光器,但Mitzi发现钙钛矿太不稳定而无法制作太阳能电池——材料必须能够持续数十年才有商业价值。

  几乎在10年之后,TsutomuMiyasaka朝着解决问题的方向迈出了第一步。日本桐荫横滨大学化学家Miyasaka及同事致力于研究染色敏化太阳能电池(DSSCs)。与传统的硅太阳能电池不同,DSSCs包含有机吸光染料混合物,这些混合物为二氧化钛(TiO2)等微小颗粒添加涂层,这些颗粒被电解液包围。

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