據(jù)美國《科學(xué)日報》網(wǎng)站3月22日報道，研究人員在開發(fā)下一代太陽能電池方面邁出重要一步。

太陽能世界已準(zhǔn)備好迎接一場革命�？茖W(xué)家們正在爭分奪秒地開發(fā)一種新型太陽能電池，這種電池使用的材料能比當(dāng)今的太陽能電池板更有效地轉(zhuǎn)換電力。

在今年2月26日發(fā)表在《自然·能源》雜志上的一篇新論文中，美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校的一位研究人員和他的國際合作者揭示了一種制造新型太陽能電池（名為鈣鈦礦太陽能電池）的創(chuàng)新方法，這一成就對于被許多人視為下一代太陽能技術(shù)的商業(yè)化至關(guān)重要。

如今，幾乎所有太陽能電池板都是由硅制成，其效率為22%。這意味著硅電池板只能將大約五分之一的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，因為這種材料只能吸收有限比例的太陽光波長。此外，硅的生產(chǎn)成本高昂且耗能巨大。

現(xiàn)在有了鈣鈦礦太陽能電池。與硅相比，這種合成半導(dǎo)體材料有潛力以更低的生產(chǎn)成本轉(zhuǎn)化更多的太陽能。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校化學(xué)與生物工程系教授、該�？稍偕�與可持續(xù)能源研究所研究員邁克爾·麥吉說：“鈣鈦礦電池可能會改變游戲規(guī)則�！�

科學(xué)家們一直在測試鈣鈦礦太陽能電池，將其堆疊在傳統(tǒng)硅電池上，制成串聯(lián)電池。這兩種材料各自吸收太陽光譜的不同部分，將它們疊加在一起，有可能將電池板的效率提高50%以上。

麥吉說：“我們?nèi)栽诳焖賹崿F(xiàn)電氣化，越來越多的汽車使用電力運行。我們希望淘汰更多的燃煤電廠，并最終淘汰天然氣電廠。如果你相信我們將擁有一個完全可再生的未來，那么你就要制定計劃將風(fēng)能和太陽能市場在目前的基礎(chǔ)上擴大至少五到十倍。”

他說，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，業(yè)界必須提高太陽能電池的效率。

但是，要以商業(yè)規(guī)模利用鈣鈦礦制造太陽能電池，一個主要挑戰(zhàn)是將半導(dǎo)體涂覆到玻璃板上的過程，玻璃板是太陽能電池板的組成部分。目前，制備過程必須在充滿非活性氣體（如氮氣）的小盒子中進(jìn)行，以防止鈣鈦礦與氧氣發(fā)生反應(yīng)從而降低其性能。

麥吉說：“這在研究階段是沒有問題的。但是當(dāng)你開始給大塊玻璃進(jìn)行涂覆時，在充滿氮氣的盒子中進(jìn)行制備會變得越來越困難�！�

麥吉和他的合作者開始尋找防止與空氣發(fā)生破壞性反應(yīng)的方法。他們發(fā)現(xiàn)，在制備之前向鈣鈦礦溶液中添加甲酸二甲基胺（DMAFo）可以防止材料氧化。這一發(fā)現(xiàn)使得制備能夠在小盒子外的環(huán)境空氣中進(jìn)行。實驗表明，使用DMAFo添加劑制成的鈣鈦礦電池的單體效率可達(dá)近25%，與鈣鈦礦電池目前26%的效率記錄相當(dāng)。

該添加劑還提高了電池的穩(wěn)定性。

商用硅電池板通常可以在25年后保持至少80%的性能，每年損失約1%的效率。然而，鈣鈦礦電池的反應(yīng)性更強，在空氣中退化速度更快。新研究表明，用DMAFo制成的鈣鈦礦電池在研究人員將其暴露在模擬陽光的LED光下照射700小時后，仍能保持90%的效率。相比之下，在空氣中制備的不含DMAFo的電池在僅300小時后就迅速退化。

他指出，雖然這是一個非常令人鼓舞的結(jié)果，但一年有8000小時。因此需要開展更長時間的測試，來確定這些電池在長期使用后的效果。（編譯/張琳）





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