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钙钛矿太阳能,或可超越硅极限

2022-06-23 16:13
陈述根本
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文|陈根

随着全球工业化进程的加快,世界能源短缺已经成为每个国家不容忽视的问题,其严重制约了社会的长期稳定发展,研究和开发新能源刻不容缓。在各种新能源中,太阳能发电技术一直革新着能源的构成。

硅基太阳能电池是目前市场上主流的太阳能发电设备,其通常以硅基太阳能电池板为中间媒介,将太阳光能转换为电能,进而推动整个负载的工作。其中效率最高的单结电池是聚光单晶硅太阳能电池,可达27.6%,但它的寿命,一般认为极限只有20年,未来,该类太阳能或将无法满足光伏产业的发展需要。

陈根:钙钛矿太阳能,或可超越硅极限

钙钛矿是一种具有特殊晶体结构的半导体,非常适合用于太阳能电池技术。它们可在室温下制造,使用的能源比硅少得多,因此生产成本更低,更可持续。随着技术进步,其转化效率还在不断提升,钙钛矿材料由此受到市场广泛的关注。

近日,美国普林斯顿大学的研究人员开发出了第一个具有商业可行性的钙钛矿太阳能电池,该设备可在超过行业标准的情况下运行大约30年,远远超过硅基太阳能电池20年寿命的门槛。

早期的钙钛矿型太阳能电池(PSC)在2009—2012年间问世,那时只能持续几分钟。2017年的一项重要突破使其在室温连续照明下工作了一年,而新设备能在类似实验室条件下运行5年,这一纪录突显了PSC的耐用潜力。

该研究中,科学家们对不同材料进行了分层,以优化光吸收,同时保护最脆弱的区域不受照射。他们在两个关键成分之间开发了一层超薄的“二维覆盖层”:吸收钙钛矿层和由铜盐及其他物质制成的荷电层。目标是防止钙钛矿半导体在几周或几个月内烧毁。

陈根:钙钛矿太阳能,或可超越硅极限

经过数十次排列、改变几何结构中的微小细节及覆盖层数,并尝试了数十种材料组合,科学家们成功制备了新型钙钛矿太阳能。试验结果显示,新设备在平均温度约为35℃且连续照明至少5年的情况下,可发挥出80%以上的峰值效率。

此外,该钙钛矿太阳能电池与传统“硅型”太阳能电池比,成本、重量大大降低,便于安装在建筑物和纯电动汽车上,兼具成本与推广优势。随着新型太阳能电池技术的推动,希望能将该设备扩展到现代生活中的更多领域。

       原文标题 : 陈根:钙钛矿太阳能,或可超越硅极限

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