鈣鈦礦太陽能電池大勢來襲

近年來，鈣鈦礦這一物質(zhì)頻繁出現(xiàn)在世人眼前，2009年至2014年五年間，鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率最高可達(dá)到近20%，這對傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池發(fā)起了挑戰(zhàn)。要知道，晶體硅太陽能電池自1970年代研制至今，其最高的轉(zhuǎn)換率為25%。光電轉(zhuǎn)換率越高，太陽能獨(dú)挑人類的能源需求“大梁”的可能性就越大。


目前80%的太陽能電池板制作原料都是晶體硅，但是這種材料的太陽能電池生產(chǎn)和安裝成本非常高，這意味著需要更好的替代品，鈣鈦礦無疑是強(qiáng)有力的候補(bǔ)之一。

1983年，鈣鈦礦發(fā)現(xiàn)于地幔內(nèi)部，以俄國礦物學(xué)家Levperovskite命名。2009年以來，包括牛津大學(xué)和瑞士洛桑聯(lián)邦科技學(xué)院在內(nèi)的科學(xué)家們一直對該礦予以了很高的關(guān)注度。

“鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在很短時(shí)間內(nèi)迅速提高，掀起了一陣‘鈣鈦礦熱’。”洛桑聯(lián)邦科技學(xué)院的光子學(xué)與接口實(shí)驗(yàn)室主任MichaelGraetzel說，“如今其效率達(dá)到了19.3%的峰值，未來還有待于進(jìn)一步提高。”

Graetzel幫助開發(fā)出一種建立在已有基礎(chǔ)上的新型太陽能電池。“將鈣鈦礦分布在傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池的頂部，大大提高效率，”他說，“花費(fèi)的成本并不高。這對主流的太陽能電池板來說是一個(gè)不錯(cuò)的應(yīng)用前景。”

由于鈣鈦礦對水和高溫的反應(yīng)尤為強(qiáng)烈，它的穩(wěn)定性測試還有待于進(jìn)一步展開。Graetzel表示，“這些測試目前都在進(jìn)行中，我非?？隙ㄟ@些問題能都能被妥善解決，真是令人激動(dòng)。”

舊車用蓄電池變廢為寶


制造鈣鈦礦太陽能電池的必備原料之一就是鉛，但直接從礦石中提取的鉛有毒，美國麻省理工學(xué)院的研究者們找到了替代品。

AngelaBelcher帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)用舊車用蓄電池中的回收鉛來替代鉛，由于一個(gè)鈣鈦礦太陽能電池的厚度僅有幾微米，因此回收鉛的用量非常省，一個(gè)舊車用蓄電池回收鉛的量足夠生產(chǎn)能為30家住宅供電的太陽能電池板。這項(xiàng)技術(shù)可以說是鈣鈦礦太陽能電池催生的新應(yīng)用。

國際電池理事會表示，98%以上的舊電池里的鉛一般都會被回收，主要用來制作新電池。然而隨著汽車行業(yè)的變化，鋰電池逐漸普及，汽車新電池的需求量逐漸減少，大量的舊車用蓄電池被淘汰。

幸運(yùn)的是，鈣鈦礦太陽能電池的需求量直線上升，為舊車用蓄電池打開了一個(gè)新的市場。既變廢為寶，又避免了舊電池污染環(huán)境。該項(xiàng)技術(shù)得到美國政府的大力支持，政府補(bǔ)貼豐厚。

　“冷靜”的太陽能電池


在強(qiáng)烈太陽光的照射下，常規(guī)太陽能電池的溫度很容易達(dá)到55攝氏度。持續(xù)上升的溫度不僅會降低光電轉(zhuǎn)化率，還會縮短電池的使用壽命。

美國斯坦福大學(xué)ShanhuiFan教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出一種能防止溫度過高的新型太陽能電池。他們在普通太陽能電池的表面附上一層石英玻璃，這種特制玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是金字塔狀和錐形的，可以改變熱能高的紅外線的照射方向，防止電池板溫度持續(xù)升高，而其他可見的輻射光線仍可以正常穿過，并轉(zhuǎn)為電能，能夠自主避開多余的熱輻射。

該科研團(tuán)隊(duì)正在建設(shè)模型并實(shí)驗(yàn)測試，并期望將來能應(yīng)用于室外。

永不失焦的太陽能電池


常規(guī)的太陽能電池的缺點(diǎn)是成本相對高而效率低下，“Glint光伏”公司研發(fā)出一種能更高效聚光的太陽能電池，一定程度上克服了這些缺點(diǎn)。

該公司研發(fā)出的新型追蹤聚光器，能根據(jù)日照光的照射方向調(diào)整面板反射率，即通過追蹤太陽運(yùn)動(dòng)軌跡來改變自己特定區(qū)域的反射率，通過增強(qiáng)對太陽能面板光線反射折射特性的利用，來捕捉來自各個(gè)不同角度的光線以獲取最大量的太陽能，并保證捕捉的能量被傳輸至面板內(nèi)的電池中。

常規(guī)的追蹤聚光器由特殊材料建成的反射鏡和透鏡組成，且必須按規(guī)則放置，隨著太陽的移動(dòng)，鏡面則不停地移動(dòng)，造價(jià)十分高昂。因此，該新型聚光器無需隨時(shí)移動(dòng)面板且捕獲最大量的太陽能這兩點(diǎn)將大大降低生產(chǎn)成本。

這項(xiàng)技術(shù)仍處于開發(fā)階段，投入實(shí)際使用還需要一段時(shí)間?？蒲腥藛T還在研究如何進(jìn)一步提高其運(yùn)作效率。

全透明的太陽能電池


近來，密歇根州立大學(xué)的RichardLunt領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一款全透明的太陽能聚光器，采用僅吸收特定波長的紫外線和紅外線的有機(jī)材料制造而成。

至今最高效的太陽能電池板通常都是有色的，便于更高效地吸收太陽光。但如果把它做成透明的，它就能完全替代傳統(tǒng)的玻璃，放置在建筑物的窗戶上，且不影響采光。

這種透明的太陽能電池不僅可以替代窗戶玻璃，它可以放置在任何一個(gè)擁有清晰的表面的物體上，從建筑物的表面到電腦屏幕、手機(jī)屏幕，都有望運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，如果這一技術(shù)能真正應(yīng)用，那幾乎可以說它是光伏產(chǎn)業(yè)的一個(gè)“完美”存在，發(fā)展前景十分可觀。

相關(guān)閱讀：

工程師分享：光伏電池板功率計(jì)算方法
如何從單節(jié)光伏電池收集能量
新型聚光光伏電池效率達(dá)43.5%