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[導讀]太陽能漸漸進入千家萬戶,作用很大,太陽能不僅為植物生長提供光源,而且也能為人類提供能源,現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽能。目前無機材料硅晶太陽能為最常見、成本效益比最高的太陽光電技術,只是由于其轉換效率已達到15-22%,近期效率提升幅度也不大、預期未來難以再度突破,科學家一直在尋找其他材料,或是運用另一種制程,希望讓太陽光電技術迎來新的成長機遇。

太陽能漸漸進入千家萬戶,作用很大,太陽能不僅為植物生長提供光源,而且也能為人類提供能源,現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽能。目前無機材料硅晶太陽能為最常見、成本效益比最高的太陽光電技術,只是由于其轉換效率已達到15-22%,近期效率提升幅度也不大、預期未來難以再度突破,科學家一直在尋找其他材料,或是運用另一種制程,希望讓太陽光電技術迎來新的成長機遇。

讓硅與其他材料合作其中「串聯(lián)型太陽能」就是太陽能技術中新興研究方向,像是澳洲國立大學與美國加州理工學院近期已攜手合作,運用全新的方式將硅與太陽光電后起之秀鈣鈦礦組合在一起,澳洲國立大學研究員Heping Shen博士表示,若想要把兩種太陽能電池組合在一起時,通常中間還需要一道「連接橋梁」,讓電荷可以在材料間移動。

團隊認為或許可將這條連接橋梁拆除,雖然橋梁可以達到穩(wěn)定結構的作用,但這樣一來會增加電池的能源消耗、提升制造過程的難易度,論文共同作者Daniel Jacobs博士指出,對此,團隊已研發(fā)出新型電池串聯(lián)方法,不需要中間層就可以讓電荷順利游移,目前他們也已將轉換效率提升到24%,未來有望突破至30%。

而該團隊并非世界唯一一個研究硅─鈣鈦礦的團隊,美國布朗大學與內布拉斯加大學林肯分校(UNL)年初時也已著手研發(fā)類似技術,更希望未來可藉由設計多層、不同能隙的材料來提升光電轉換效率。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院(EPFL)與瑞士電子和微技術中心(CSEM)的科學家則在6月時成功將硅與鈣鈦礦相結合,兩種太陽能材料能截長補短,鈣鈦礦負責將綠光、藍光轉換為電能,硅則負責紅光、近紅外光,最終將轉換效率提升到25.2%。

材料的多種排列組合太陽能材料百百種,除了已經達到商業(yè)化的硅晶太陽能、薄膜太陽能電池,還有鈣鈦礦與有機等材料可供科學家選擇,因此隨著科學家愈加看重串聯(lián)型太陽能電池,也有越來越多有趣的材料排列組合登場。

像是看好高轉換效率銅銦鎵硒(CIGS)太陽能與鈣鈦礦的低成本易制造優(yōu)勢,加州大學洛杉磯分校9月時運用這兩種材料,打造出轉換效率達22.4%的鈣鈦礦─CIGS太陽能電池,比利時歐洲跨校際微電子研究中心(IMEC)也不落人后,9月中旬進一步將轉換效率突破至24.6%。

加州大學洛杉磯分校教授楊陽(Yang Yang)表示,利用串聯(lián)太陽能電池設計,同一個電池可吸收兩種不同光譜范圍的能量,與單單一層CIGS太陽能相比,這種方式可大幅增加光電轉換效率。IMEC也指出,上層的鈣鈦礦太陽能板能吸收大部分可見光,底下的CIGS電池則可吸收近紅外光,這讓太陽能轉換效率表現(xiàn)遠比單一的鈣鈦礦與CIGS電池還要好。

除了鈣鈦礦─CIGS太陽能組合之外,也有科學家瞄準具有可大量制造、價格低廉、材地柔軟可撓曲等特性的有機太陽能,制造出串聯(lián)型有機太陽能電池。比如美國密西根大學4月研發(fā)出轉換效率達15%、壽命長達20年的有機太陽能電池,不僅已達到商業(yè)化標準,更有機會讓太陽能成本再次下降。

中國南開大學科學家也在8月時將串聯(lián)型有機太陽能電池轉換效率提升到17%,透過不同有機材料讓光吸收范圍相互互補,其中前側材料可吸收300-720nm波長的光,另一材料則負責720-1,000nm,穩(wěn)定性也大幅提升,166天初步測驗后電池效率僅下降4%左右。

相信在未來為了讓太陽能轉換效率更上一層樓、進一步提升太陽能成本效益比,眾多科學家正努力嘗試新技術與新材料,雖然這些都還是實驗數(shù)據(jù),實際效率與壽命尚未經過戶外環(huán)境的嚴苛考驗,但隨著時間流逝與技術愈加成熟,未來新興串聯(lián)型太陽能技術或許有機會跨出實驗室。如果某一天人們能高效利用太陽能,相信能解決很大的能源問題,畢竟太陽能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的,能保證人類的永續(xù)發(fā)展,需要我們科研人員更加努力。

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