電池效率最高的電池“金屬貫式背電極太陽電池”
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-08 10:21
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據(jù)臺灣媒體報道，“經(jīng)濟(jì)部能源局”昨天公布由工研院研發(fā)的“金屬貫式背電極太陽電池”，將多晶硅太陽能電池效率推到17.2%，擠入全球第四名。
工研院綠能與環(huán)境研究所副所長陳秋麟表示，過去傳統(tǒng)的多晶矽太陽能電池電極是做在太陽能板的正面，正面會看到一條一條的金屬線，不夠美觀，而且會影響太陽的照光面積，使傳統(tǒng)電池效能約只有16%左右。
但現(xiàn)在工研院突破技術(shù)，將正面電池藉由鉆孔引導(dǎo)至太陽能板的背面，讓電池受光面積增加，不但增加電池發(fā)電效率，更可將一般傳統(tǒng)太陽電池原本2%至3%的模塊封裝效率損失降低至1%以下。
陳秋麟表示，目前全球只有5家公司擁有這種“金屬貫穿式背電極太陽電池”的技術(shù)，而工研院所開發(fā)出的效率則達(dá)17.2%，已經(jīng)成為全球第4名。
受電子轉(zhuǎn)移限制
Bai和Bazant的分析表明，電解質(zhì)中固體和液體-離子遷移的傳輸步驟以及稱為極化子的“準(zhǔn)粒子”的擴(kuò)散都非?？?，因此不會限制電池性能。“我們證明它實(shí)際上是電子，而不是離子，在固-固界面轉(zhuǎn)移，”Bai說，這決定了速率。
Bazant說，盡管對磷酸鐵鋰進(jìn)行了大量研究，但研究人員并未懷疑該材料的電化學(xué)反應(yīng)可能受到兩種固體之間電子轉(zhuǎn)移的限制。“對于這種材料來說，這是一個全新的畫面;它不是以前曾經(jīng)提到過的東西，”他說。
Bazant說，雖然用碳或石墨烯薄層涂覆電極表面可以提高性能，但是沒有微觀和定量的理解為什么會產(chǎn)生差異。他說，新發(fā)現(xiàn)將有助于解釋科學(xué)文獻(xiàn)中一些明顯相互矛盾的結(jié)果。
意外的反應(yīng)速度低
例如，用于預(yù)測這些材料性能的經(jīng)典方程表明反應(yīng)速率的對數(shù)應(yīng)隨著電壓的增加而線性變化-但實(shí)驗(yàn)表明存在非線性響應(yīng)，在高壓下鋰的吸收變平。差異很大，Bazant說：“我們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。”
Bai表示，新的分析意味著要進(jìn)一步改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，重點(diǎn)應(yīng)放在固體界面上“如何設(shè)計(jì)表面”。
Bazant補(bǔ)充說，新的理解可能會產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電極設(shè)計(jì)的影響，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的基本過程適用于電化學(xué)過程，包括電沉積，腐蝕和燃料電池。“這對基礎(chǔ)科學(xué)來說也很重要，”他說，因?yàn)檫@個過程無處不在，而且知之甚少。
BV方程式純粹是經(jīng)驗(yàn)性的，“并沒有告訴你任何關(guān)于微觀上發(fā)生了什么的事情，”Bazant說。相比之下，Marcus-Hush-Chidsey方程-加州理工學(xué)院的RudolphMarcus被授予1992年諾貝爾化學(xué)獎-是基于對原子級活動的精確理解。因此，Bazant認(rèn)為，新的分析不僅可以導(dǎo)致新的實(shí)際解決方案，而且可以更深入地理解潛在的機(jī)制。
斯坦福大學(xué)化學(xué)副教授克里斯托弗·奇德西(ChristopherChidsey)沒有參與這項(xiàng)工作，他表示這項(xiàng)研究“似乎在理論上都是有根據(jù)的，而且在實(shí)驗(yàn)上具有創(chuàng)造性。”他表示，確定這些反應(yīng)速率“對于汽車，卡車和公共汽車的牽引電池等高功率應(yīng)用來說都是非?；A(chǔ)和直接的實(shí)際利益。”
工研院綠能與環(huán)境研究所副所長陳秋麟表示，過去傳統(tǒng)的多晶矽太陽能電池電極是做在太陽能板的正面，正面會看到一條一條的金屬線，不夠美觀，而且會影響太陽的照光面積，使傳統(tǒng)電池效能約只有16%左右。
但現(xiàn)在工研院突破技術(shù)，將正面電池藉由鉆孔引導(dǎo)至太陽能板的背面，讓電池受光面積增加，不但增加電池發(fā)電效率，更可將一般傳統(tǒng)太陽電池原本2%至3%的模塊封裝效率損失降低至1%以下。
陳秋麟表示，目前全球只有5家公司擁有這種“金屬貫穿式背電極太陽電池”的技術(shù)，而工研院所開發(fā)出的效率則達(dá)17.2%，已經(jīng)成為全球第4名。
受電子轉(zhuǎn)移限制
Bai和Bazant的分析表明，電解質(zhì)中固體和液體-離子遷移的傳輸步驟以及稱為極化子的“準(zhǔn)粒子”的擴(kuò)散都非?？?，因此不會限制電池性能。“我們證明它實(shí)際上是電子，而不是離子，在固-固界面轉(zhuǎn)移，”Bai說，這決定了速率。
Bazant說，盡管對磷酸鐵鋰進(jìn)行了大量研究，但研究人員并未懷疑該材料的電化學(xué)反應(yīng)可能受到兩種固體之間電子轉(zhuǎn)移的限制。“對于這種材料來說，這是一個全新的畫面;它不是以前曾經(jīng)提到過的東西，”他說。
Bazant說，雖然用碳或石墨烯薄層涂覆電極表面可以提高性能，但是沒有微觀和定量的理解為什么會產(chǎn)生差異。他說，新發(fā)現(xiàn)將有助于解釋科學(xué)文獻(xiàn)中一些明顯相互矛盾的結(jié)果。
意外的反應(yīng)速度低
例如，用于預(yù)測這些材料性能的經(jīng)典方程表明反應(yīng)速率的對數(shù)應(yīng)隨著電壓的增加而線性變化-但實(shí)驗(yàn)表明存在非線性響應(yīng)，在高壓下鋰的吸收變平。差異很大，Bazant說：“我們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。”
Bai表示，新的分析意味著要進(jìn)一步改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，重點(diǎn)應(yīng)放在固體界面上“如何設(shè)計(jì)表面”。
Bazant補(bǔ)充說，新的理解可能會產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電極設(shè)計(jì)的影響，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的基本過程適用于電化學(xué)過程，包括電沉積，腐蝕和燃料電池。“這對基礎(chǔ)科學(xué)來說也很重要，”他說，因?yàn)檫@個過程無處不在，而且知之甚少。
BV方程式純粹是經(jīng)驗(yàn)性的，“并沒有告訴你任何關(guān)于微觀上發(fā)生了什么的事情，”Bazant說。相比之下，Marcus-Hush-Chidsey方程-加州理工學(xué)院的RudolphMarcus被授予1992年諾貝爾化學(xué)獎-是基于對原子級活動的精確理解。因此，Bazant認(rèn)為，新的分析不僅可以導(dǎo)致新的實(shí)際解決方案，而且可以更深入地理解潛在的機(jī)制。
斯坦福大學(xué)化學(xué)副教授克里斯托弗·奇德西(ChristopherChidsey)沒有參與這項(xiàng)工作，他表示這項(xiàng)研究“似乎在理論上都是有根據(jù)的，而且在實(shí)驗(yàn)上具有創(chuàng)造性。”他表示，確定這些反應(yīng)速率“對于汽車，卡車和公共汽車的牽引電池等高功率應(yīng)用來說都是非?；A(chǔ)和直接的實(shí)際利益。”
