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美科学家开发钙钛矿-硅太阳能电池,转换效率有望提高至32%

时间:2019-04-15 作者:Technews 阅读:
虽然现在愈来愈多科学家秉持着两人合力事倍功半的精神,开始将两种不同太阳能材料串联,盼提高太阳能转换效率,但就像小组报告中总会有人拖后腿,研发串联太阳能不太容易,对此,美国科学家已透过新电池设计,开发全新钙钛矿-硅太阳能电池,转换效率更有望提高至 32.2%。
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虽然现在愈来愈多科学家秉持着两人合力事倍功半的精神,开始将两种不同太阳能材料串联,盼提高太阳能转换效率,但就像小组报告中总会有人拖后腿,研发串联太阳能不太容易,对此,美国科学家已透过新TEXT_AD target=_blank class=infotextkey>电池设计,开发全新钙钛矿-硅太阳能电池,转换效率更有望提高至 32.2%。nD6EETC-电子工程专辑

硅晶太阳能是目前最常见的太阳能技术,但它其实并不是转换效率最高的太阳能板,只是具有成本跟制造优势。其中硅只能吸收红外或是近红外光,将其他的光转换成热,且在大规模商业化情况下,硅晶太阳能转换效率也逐渐触顶,因此科学家开始想透过串联技术,让其他太阳能材料来助硅晶一臂之力。nD6EETC-电子工程专辑

像是英国、瑞士、美国与中国等国都正绞尽脑汁想研发钙钛矿-硅晶太阳能,让钙钛矿吸收蓝光再转换成电流,硅晶则负责转换红光、近红外光。nD6EETC-电子工程专辑

只不过两种材料合作过程总有摩擦,目前技术多是将钙钛矿层直接迭在硅太阳能板上,但材料相迭后会发生能隙重迭效应(bandgap overlap effect),使底部硅晶电池性能大打折扣,且将串联两种电池更意味着电路设计也跟过去所不同,两个电池的输出量也必须要一样,因此电力输出较高的电池会受到较低那一方的限制,这让钙钛矿-硅太阳能在发电跟制造方面都存有极大挑战。nD6EETC-电子工程专辑

STyle="color: rgb(0, 43, 89); font-weight: bold;">全新钙钛矿-硅晶太阳能发电模式

对此,美国华盛顿大学科学家采用全新的太阳能制程与结构设计,让钙钛矿直接“生长”在硅基太阳能板上,值得注意的是,钙钛矿太阳能板并不是将蓝光转换成电,而是将蓝光转变成近红外光,让底下的硅晶太阳能板可以吸收并转换更多的光。nD6EETC-电子工程专辑

该团队主要是受到之前中国研究的启发,两年前中国吉林大学也有做过类似实验,他们把稀土金属镱喷涂在钙钛矿上之后,发现新型太阳能明明已吸收蓝光产生电子,但并不会产生电流,而是将能量输送给镱原子,而这并非坏事,因为镱原子激发后会发射近红外光,这一现象反而有助下方的硅晶太阳能吸收光,进一步提高转换效率。nD6EETC-电子工程专辑

华盛顿大学化学家 Daniel Gamelin 表示,镱原子所产生的近红外光子大多会传到下方的硅太阳能电池中,让太阳能板更有效的吸收光,与此同时也能降低热导致的损失。但科学家若要采用这一方案,还是有些许挑战待跨,像是钙钛矿太阳能板如何迭加在硅晶太阳能板之上、如何让钙钛矿材料分布均匀等。nD6EETC-电子工程专辑

为解决这一挑战,华盛顿大学科学团队也运用新制程,他们透过常见的太阳能生长方法"真空沉积(Vacuum deposiTIon)"技术,成功在 14 公分大小的硅太阳能板上形成掺杂镱的钙钛矿层。新型太阳能板的性能也相当好,Gamelin 估计新型太阳能应该可以转换 32.2% 的太阳光,与过去研究的 27% 效率相比已提高19.2%。nD6EETC-电子工程专辑

虽然目前尚不知道该技术是否可以将转换效率提高到如此境界,毕竟团队还无法知道镱原子在转换过程中会流失多少近红外光,但对于太阳能产业来说,能提高转换效率基本上就是一大好事。nD6EETC-电子工程专辑

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