財聯社上海12月27日訊(編輯 黃君芝)在所有將國家能源供應轉換為可再生能源的努力中,太陽能仍然只占美國發電量的不到3%。部分原因是生產太陽能電池的成本相對較高。
降低生產成本的一種方法是尋找一種比硅便宜、性能能與之相媲美的太陽能電池材料。為了實現這一目標,一些工程師將注意力集中在鹵化物鈣鈦礦上,這是一種人造材料,具有立方體狀的晶體。
從理論上講,鈣鈦礦太陽能電池可以用比硅成本更低、更容易獲得的原材料制造,它們還可以使用更少的能源和更簡單的制造過程來生產。但到目前為止,一個“絆腳石”是鈣鈦礦暴露在光和熱下會分解,這對于從太陽能中產生能量的設備來說尤其成問題。
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現在,由美國加州大學洛杉磯分校領導的一項國際研究合作開發出了一種能在太陽能電池中使用鈣鈦礦的方法,同時保護鈣鈦礦不受外界條件的影響。他們的研究成果已于近期發表在了《自然材料》雜志上。
具體而言,科學家們直接向鈣鈦礦中添加了少量的離子(即帶電原子)——一種叫做釹的金屬。他們發現,增強后的鈣鈦礦不僅在暴露于光和熱時更加耐用,而且還能更有效地將光轉化為電能。
研究人員說,“可再生能源至關重要。鈣鈦礦將是一個游戲規則的改變者,因為它可以以硅的方式進行大規模生產,而且我們已經確定了一種添加劑,將使這種材料變得更好。”
研究人員解釋稱,釹通常被用于麥克風、揚聲器、激光器和裝飾玻璃。它的離子大小正好可以嵌在立方鈣鈦礦晶體中,而且它們帶有三個正電荷,科學家們假設這將有助于將帶負電的離子固定在原位。
他們在每10000個鈣鈦礦分子中加入了大約8個釹離子,然后測試了該材料在太陽能電池中的性能。在最大功率下工作并在連續光照下超過1000小時,使用增強型鈣鈦礦的太陽能電池保持了約93%的光轉換效率。相比之下,使用標準鈣鈦礦的太陽能電池在相同的條件下經過300小時后失去了一半的電力轉換效率。
此外,研究小組還在沒有任何設備取電的情況下對太陽能電池進行了連續照射,這加速了鈣鈦礦的降解。一個使用含釹鈣鈦礦的設備在超過2000小時后保留了84%的電力轉換效率,而另一個使用標準鈣鈦礦的設備在該時間后直接無法使用。
最后,為了測試這種材料承受高溫的能力,研究人員將帶有這兩種材料的太陽能電池加熱到大約180華氏度。使用增強型鈣鈦礦的太陽能電池在超過2000小時后保持了約86%的效率,而標準的鈣鈦礦裝置則在這段時間內完全失去了將光轉化為電能的能力。
研究人員最后指出,這一進展可以幫助鈣鈦礦太陽能電池在未來兩到三年內進入市場。