你知道可印刷的微型液體太陽(yáng)能電池嗎？研究將攻克制造液體太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵問(wèn)題！
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-21 22:28
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據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家表示，他們最新研制出了一種便宜且穩(wěn)定的液體太陽(yáng)能電池。這種由納米晶體制成的電池“體形非常嬌小”，因而能以液體墨水的形式存在，可印刷或者涂抹在干凈基底的表面。最新研究發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)出版的國(guó)際無(wú)機(jī)化學(xué)期刊《道爾頓匯刊》上。
南加州大學(xué)科學(xué)家研制的這種太陽(yáng)能電池使用的納米晶體由半導(dǎo)體硒化鎘制成，其大小約為4納米，這意味著一個(gè)針頭上就可以放置2500億個(gè)，而且其也可以漂浮在液體溶液內(nèi)。該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、南加州大學(xué)文理學(xué)院化學(xué)副教授理查德·布切爾表示：“就像印刷報(bào)紙一樣，我們也可以印刷太陽(yáng)能電池。”
盡管與目前廣泛使用的單晶體硅晶圓太陽(yáng)能電池相比，液態(tài)納米晶體太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程更加便宜，但其光電轉(zhuǎn)化效率要稍遜一籌。不過(guò)，在最新研究中，研究人員攻克了制造液體太陽(yáng)能電池面臨的關(guān)鍵問(wèn)題：如何制造出一種穩(wěn)定且能導(dǎo)電的液體。
以前，科學(xué)家們需要讓有機(jī)配位體分子依附在納米晶體之上，以讓納米晶體保持穩(wěn)定并預(yù)防二者相互黏連在一起。但這些有機(jī)配位體分子同時(shí)也會(huì)將晶體隔絕起來(lái)，使整個(gè)系統(tǒng)的導(dǎo)電性能變得非常差。布切爾表示：“這一直是該領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)。”
為此，布切爾和南加州大學(xué)的博士后研究員戴維·韋伯為這種納米晶體研發(fā)出了一種新的表面涂層。這種新的合成配位體不僅在使納米晶體穩(wěn)定方面表現(xiàn)良好，而且，它們實(shí)際上也變身為細(xì)小的“橋梁”，將納米晶體連接起來(lái)并幫助它們傳輸電流。
另外，通過(guò)一個(gè)相對(duì)低溫、不需要進(jìn)行任何與熔化有關(guān)的過(guò)程，科學(xué)家們就可以將這種液體太陽(yáng)能電池印刷在塑料而非玻璃表面，最終得到一種柔性太陽(yáng)能電池板，其形狀可以隨需而變安裝在任何地方。
布切爾表示，接下來(lái)他計(jì)劃使用其他材料而非有毒的鎘來(lái)制造納米晶體。他也指出：“盡管對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)還要等上幾年，不過(guò)，他們已經(jīng)很清楚地看到，這項(xiàng)技術(shù)可以同下一代太陽(yáng)能電池技術(shù)完美地結(jié)合在一起。”
來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校研究人員發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)如果加入類(lèi)似發(fā)光器件(如LED)可產(chǎn)生最大量的能量。
“我們證明到，太陽(yáng)能電池發(fā)光光子越好，其發(fā)出能量的電壓和效率也就越高，”加州大學(xué)伯克利分校電氣工程教授首席研究員EliYablonovitch表示。
避免電池片內(nèi)的“丟失”光子
最近，Yablonovitch和他的同事們?cè)噲D了解為什么在理論極限與他們已經(jīng)研究出所達(dá)到的極限之間會(huì)存在如此大的差距。他們遇到了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的，可能有悖常理，基于對(duì)光線吸收和散發(fā)之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系的解決方案。
根據(jù)研究小組研究，設(shè)計(jì)讓太陽(yáng)能電池發(fā)出光-可以使光子不會(huì)在電池片內(nèi)“丟失”-對(duì)于提高太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電壓有自然效果。
原型效率從26%提高躍至28.3%
Yablonovitch共同創(chuàng)辦的阿爾塔設(shè)備，使用了新概念，創(chuàng)建出一個(gè)用砷化鎵(GaAs)-一種經(jīng)常使用于衛(wèi)星的電池片材料，原型太陽(yáng)能電池。原型打破了世界紀(jì)錄，效率從26%提高到28.3%。
Yablonovitch預(yù)計(jì)，研究人員將在未來(lái)幾年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)效率接近30%。伯克利分校的團(tuán)隊(duì)將于2012年5月6日至5月11日在加利福尼亞州圣約瑟市舉行的鐳射和電光學(xué)會(huì)議上展示其發(fā)現(xiàn)成果。
南加州大學(xué)科學(xué)家研制的這種太陽(yáng)能電池使用的納米晶體由半導(dǎo)體硒化鎘制成，其大小約為4納米，這意味著一個(gè)針頭上就可以放置2500億個(gè)，而且其也可以漂浮在液體溶液內(nèi)。該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、南加州大學(xué)文理學(xué)院化學(xué)副教授理查德·布切爾表示：“就像印刷報(bào)紙一樣，我們也可以印刷太陽(yáng)能電池。”
盡管與目前廣泛使用的單晶體硅晶圓太陽(yáng)能電池相比，液態(tài)納米晶體太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程更加便宜，但其光電轉(zhuǎn)化效率要稍遜一籌。不過(guò)，在最新研究中，研究人員攻克了制造液體太陽(yáng)能電池面臨的關(guān)鍵問(wèn)題：如何制造出一種穩(wěn)定且能導(dǎo)電的液體。
以前，科學(xué)家們需要讓有機(jī)配位體分子依附在納米晶體之上，以讓納米晶體保持穩(wěn)定并預(yù)防二者相互黏連在一起。但這些有機(jī)配位體分子同時(shí)也會(huì)將晶體隔絕起來(lái)，使整個(gè)系統(tǒng)的導(dǎo)電性能變得非常差。布切爾表示：“這一直是該領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)。”
為此，布切爾和南加州大學(xué)的博士后研究員戴維·韋伯為這種納米晶體研發(fā)出了一種新的表面涂層。這種新的合成配位體不僅在使納米晶體穩(wěn)定方面表現(xiàn)良好，而且，它們實(shí)際上也變身為細(xì)小的“橋梁”，將納米晶體連接起來(lái)并幫助它們傳輸電流。
另外，通過(guò)一個(gè)相對(duì)低溫、不需要進(jìn)行任何與熔化有關(guān)的過(guò)程，科學(xué)家們就可以將這種液體太陽(yáng)能電池印刷在塑料而非玻璃表面，最終得到一種柔性太陽(yáng)能電池板，其形狀可以隨需而變安裝在任何地方。
布切爾表示，接下來(lái)他計(jì)劃使用其他材料而非有毒的鎘來(lái)制造納米晶體。他也指出：“盡管對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)還要等上幾年，不過(guò)，他們已經(jīng)很清楚地看到，這項(xiàng)技術(shù)可以同下一代太陽(yáng)能電池技術(shù)完美地結(jié)合在一起。”
來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校研究人員發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)如果加入類(lèi)似發(fā)光器件(如LED)可產(chǎn)生最大量的能量。
“我們證明到，太陽(yáng)能電池發(fā)光光子越好，其發(fā)出能量的電壓和效率也就越高，”加州大學(xué)伯克利分校電氣工程教授首席研究員EliYablonovitch表示。
避免電池片內(nèi)的“丟失”光子
最近，Yablonovitch和他的同事們?cè)噲D了解為什么在理論極限與他們已經(jīng)研究出所達(dá)到的極限之間會(huì)存在如此大的差距。他們遇到了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的，可能有悖常理，基于對(duì)光線吸收和散發(fā)之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系的解決方案。
根據(jù)研究小組研究，設(shè)計(jì)讓太陽(yáng)能電池發(fā)出光-可以使光子不會(huì)在電池片內(nèi)“丟失”-對(duì)于提高太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電壓有自然效果。
原型效率從26%提高躍至28.3%
Yablonovitch共同創(chuàng)辦的阿爾塔設(shè)備，使用了新概念，創(chuàng)建出一個(gè)用砷化鎵(GaAs)-一種經(jīng)常使用于衛(wèi)星的電池片材料，原型太陽(yáng)能電池。原型打破了世界紀(jì)錄，效率從26%提高到28.3%。
Yablonovitch預(yù)計(jì)，研究人員將在未來(lái)幾年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)效率接近30%。伯克利分校的團(tuán)隊(duì)將于2012年5月6日至5月11日在加利福尼亞州圣約瑟市舉行的鐳射和電光學(xué)會(huì)議上展示其發(fā)現(xiàn)成果。
