如何尋找可替代的材料，用于太陽(yáng)能電池？不可專(zhuān)注于一種單一的材料！
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-21 22:31
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提到太陽(yáng)能光伏電池，第一反應(yīng)會(huì)是什么?或許會(huì)是那一塊塊稍顯沉重的板子吧。據(jù)報(bào)道，南加州大學(xué)的研究者們研制出了一種液態(tài)納米晶太陽(yáng)能光伏電池，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池的極度輕量化——它能夠被涂抹在一片塑料上。
報(bào)道中稱(chēng)，這種新型太陽(yáng)能光伏電池是如此之小，以至于在針尖上都能集中約2500億個(gè)。因此，它們能夠被制成墨水，以便涂抹在光潔的表面上，比如塑料，然后制成各種形狀以適應(yīng)環(huán)境。研究者表示，液態(tài)納米晶太陽(yáng)能光伏電池要比常見(jiàn)的單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜，但是轉(zhuǎn)換效率卻要低于后者。他們之前曾使用有機(jī)配體分子來(lái)維持納米晶的穩(wěn)定，但是有機(jī)配體分子的導(dǎo)電性很差，損害了納米晶的轉(zhuǎn)換效率。他們?yōu)榇碎_(kāi)發(fā)了一種合成配體來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
納米晶的表面涂料由硒化鎘這種半導(dǎo)體所制成。研究者表示，因?yàn)樵撏苛纤哂械亩拘裕砸簯B(tài)納米晶太陽(yáng)能電池離商業(yè)化還有一段距離。但他們同時(shí)也表示自己已經(jīng)找到了“通往下一代太陽(yáng)能光伏電池科技的光明大道”。
歐洲研究人員開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)單的熱力學(xué)方法，可以預(yù)測(cè)一種物質(zhì)是否能耐受高溫，用于生產(chǎn)常規(guī)薄膜，制成光伏設(shè)備。這種新方法有助于科學(xué)家尋找更好的能源材料。瑞典烏普薩拉大學(xué)(UppsalaUniversity)的喬納森?斯克拉格(JonathanScragg)，還有他的一些同事來(lái)自的英國(guó)巴斯大學(xué)(UniversityofBath)和盧森堡大學(xué)(UniversityofLuxembourg)，他們的成果發(fā)表在4月24日的《化學(xué)物理物理化學(xué)》(ChemPhysChem)雜志上，題為《熱力學(xué)合成薄膜材料用于太陽(yáng)能電池》(ThermodynamicAspectsoftheSynthesisofThin-FilmMaterialsforSolarCells)。
“有許多事情要考慮，因?yàn)橐獙ふ依硐氲牟牧?，用于太?yáng)能電池，”斯克拉格說(shuō)。“這種材料必須非常有效地把光轉(zhuǎn)換成電能，不應(yīng)該包含任何稀有的，昂貴或危險(xiǎn)的原材料，必須易于制造，具有高品質(zhì)。”然而，現(xiàn)有的大多數(shù)無(wú)機(jī)非硅薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)，采用的要么是有毒物質(zhì)，如碲化鎘(CdTe：cadmiumtelluride)，要么就是比較少見(jiàn)的物質(zhì)，如銅銦鎵硒(CIGSe：copperindiumgalliumselenide)。因此，世界各地的許多研究人員都在尋找替代材料，以克服這些局限性。“我們正面臨著一個(gè)巨大的問(wèn)題”，斯克拉格說(shuō)。“大自然提供了如此眾多的不同材料，不可能每一種都測(cè)試。我們介紹了一種方法，可以大大簡(jiǎn)化這一問(wèn)題。”
尋找耐熱太陽(yáng)能電池材料
在制造過(guò)程中，太陽(yáng)能電池材料必須加熱到很高的溫度，這一步稱(chēng)為退火，這樣它們就可以結(jié)晶，達(dá)到要求的質(zhì)量。然而，很多材料無(wú)法耐受這樣的高溫，會(huì)碎裂，根本不適合使用。斯克拉格和同事現(xiàn)在找到一種方法，可以事先確定，一種物質(zhì)是否能夠耐受生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫。他們預(yù)測(cè)，熱處理中，反應(yīng)發(fā)生在幾層多元半導(dǎo)體化合物上，采用不同襯底，而且表明，退火條件可以控制，以最大限度地提高材料的穩(wěn)定性和質(zhì)量。
科學(xué)家們研究了不同的物質(zhì)，如銅銦鎵硒(CIGSe)，銅鋅錫硒(CZTSe)，和其他不太知名的三元和四元半導(dǎo)體。斯克拉格認(rèn)為，新的方法有很大的幫助，可以找到更好的吸收材料。“在那里，有很多的替代材料，其中有一些非常有前途，也有一些可能永遠(yuǎn)不會(huì)滿(mǎn)足太陽(yáng)能電池的要求。這些替代材料中，只有為數(shù)不多的獲得所需的時(shí)間和資源，得到開(kāi)發(fā)，達(dá)到足夠高的水平。我們不是專(zhuān)注于一種單一的材料，而是采取更廣泛的做法，提供的這種方法可以確定哪些材料可能有用，哪些有根本上的局限性。”他說(shuō)。
報(bào)道中稱(chēng)，這種新型太陽(yáng)能光伏電池是如此之小，以至于在針尖上都能集中約2500億個(gè)。因此，它們能夠被制成墨水，以便涂抹在光潔的表面上，比如塑料，然后制成各種形狀以適應(yīng)環(huán)境。研究者表示，液態(tài)納米晶太陽(yáng)能光伏電池要比常見(jiàn)的單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜，但是轉(zhuǎn)換效率卻要低于后者。他們之前曾使用有機(jī)配體分子來(lái)維持納米晶的穩(wěn)定，但是有機(jī)配體分子的導(dǎo)電性很差，損害了納米晶的轉(zhuǎn)換效率。他們?yōu)榇碎_(kāi)發(fā)了一種合成配體來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
納米晶的表面涂料由硒化鎘這種半導(dǎo)體所制成。研究者表示，因?yàn)樵撏苛纤哂械亩拘裕砸簯B(tài)納米晶太陽(yáng)能電池離商業(yè)化還有一段距離。但他們同時(shí)也表示自己已經(jīng)找到了“通往下一代太陽(yáng)能光伏電池科技的光明大道”。
歐洲研究人員開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)單的熱力學(xué)方法，可以預(yù)測(cè)一種物質(zhì)是否能耐受高溫，用于生產(chǎn)常規(guī)薄膜，制成光伏設(shè)備。這種新方法有助于科學(xué)家尋找更好的能源材料。瑞典烏普薩拉大學(xué)(UppsalaUniversity)的喬納森?斯克拉格(JonathanScragg)，還有他的一些同事來(lái)自的英國(guó)巴斯大學(xué)(UniversityofBath)和盧森堡大學(xué)(UniversityofLuxembourg)，他們的成果發(fā)表在4月24日的《化學(xué)物理物理化學(xué)》(ChemPhysChem)雜志上，題為《熱力學(xué)合成薄膜材料用于太陽(yáng)能電池》(ThermodynamicAspectsoftheSynthesisofThin-FilmMaterialsforSolarCells)。
“有許多事情要考慮，因?yàn)橐獙ふ依硐氲牟牧?，用于太?yáng)能電池，”斯克拉格說(shuō)。“這種材料必須非常有效地把光轉(zhuǎn)換成電能，不應(yīng)該包含任何稀有的，昂貴或危險(xiǎn)的原材料，必須易于制造，具有高品質(zhì)。”然而，現(xiàn)有的大多數(shù)無(wú)機(jī)非硅薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)，采用的要么是有毒物質(zhì)，如碲化鎘(CdTe：cadmiumtelluride)，要么就是比較少見(jiàn)的物質(zhì)，如銅銦鎵硒(CIGSe：copperindiumgalliumselenide)。因此，世界各地的許多研究人員都在尋找替代材料，以克服這些局限性。“我們正面臨著一個(gè)巨大的問(wèn)題”，斯克拉格說(shuō)。“大自然提供了如此眾多的不同材料，不可能每一種都測(cè)試。我們介紹了一種方法，可以大大簡(jiǎn)化這一問(wèn)題。”
尋找耐熱太陽(yáng)能電池材料
在制造過(guò)程中，太陽(yáng)能電池材料必須加熱到很高的溫度，這一步稱(chēng)為退火，這樣它們就可以結(jié)晶，達(dá)到要求的質(zhì)量。然而，很多材料無(wú)法耐受這樣的高溫，會(huì)碎裂，根本不適合使用。斯克拉格和同事現(xiàn)在找到一種方法，可以事先確定，一種物質(zhì)是否能夠耐受生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫。他們預(yù)測(cè)，熱處理中，反應(yīng)發(fā)生在幾層多元半導(dǎo)體化合物上，采用不同襯底，而且表明，退火條件可以控制，以最大限度地提高材料的穩(wěn)定性和質(zhì)量。
科學(xué)家們研究了不同的物質(zhì)，如銅銦鎵硒(CIGSe)，銅鋅錫硒(CZTSe)，和其他不太知名的三元和四元半導(dǎo)體。斯克拉格認(rèn)為，新的方法有很大的幫助，可以找到更好的吸收材料。“在那里，有很多的替代材料，其中有一些非常有前途，也有一些可能永遠(yuǎn)不會(huì)滿(mǎn)足太陽(yáng)能電池的要求。這些替代材料中，只有為數(shù)不多的獲得所需的時(shí)間和資源，得到開(kāi)發(fā)，達(dá)到足夠高的水平。我們不是專(zhuān)注于一種單一的材料，而是采取更廣泛的做法，提供的這種方法可以確定哪些材料可能有用，哪些有根本上的局限性。”他說(shuō)。
