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| 鈣鈦礦氧化物可將硅基太陽能電池板的轉(zhuǎn)化效率提高50% |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-01-27 14:10:22 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）斯坦福大學(xué)科學(xué)家的最新一項(xiàng)研究顯示，將鈣鈦礦氧化物堆垛于傳統(tǒng)太陽能電池板上可以極大提高太陽能電池板的總體性能。研究者們將這種新型鈣鈦礦氧化物-硅基太陽能電池板成果發(fā)布在上周的《Energy & Environmental Science》期刊上。
鈣鈦礦太陽能電池板截面圖
提高效率的一種經(jīng)濟(jì)性方法就是將兩種材料串聯(lián)起來做成組件，其中一種材料是硅基材料，另一種可以是比較便宜的其他光伏材料，他說。
“制造這種低成本的串聯(lián)組件是非常可取的，” McGehee說。“你只要將一個(gè)太陽能電池板覆在另一個(gè)上面，你所得到的轉(zhuǎn)化率將高于它們兩者單獨(dú)的轉(zhuǎn)化率。從經(jīng)濟(jì)性角度看，用硅基材料作太陽能電池板的底部部分是個(gè)很有效的方法。但我們一直沒有找到合適的材料作頂部部分，直到最近鈣鈦礦氧化物的出現(xiàn)。”
鈣鈦礦氧化物是一種便宜又很容易在實(shí)驗(yàn)室中制取的晶體材料。2009年，科學(xué)家向世人展示由鉛、碘化物和甲基銨組成的鈣鈦礦氧化物，這種材料能夠以3.8%的轉(zhuǎn)化率將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。從那以后，研究者一度將其轉(zhuǎn)化率提高到了約20%，能夠跟商業(yè)化使用的硅基太陽能電池板媲美，從而引起了太陽能電池板生產(chǎn)商的廣泛關(guān)注。
“我們的目標(biāo)是影響全球已有的硅基材料工廠，”研究報(bào)告聯(lián)合撰稿人，斯坦福大學(xué)研究生Colin Bailie說道。“使用兩種材料的串聯(lián)組件，你就無需再投資數(shù)十億美元建設(shè)新工廠。你可以繼續(xù)生產(chǎn)硅基元件，然后在其上面加一層成本相對(duì)低廉的鈣鈦礦氧化物。”
從光到電
太陽能電池板將太陽光中的光子轉(zhuǎn)化成能夠在電極間傳遞的電流。硅基太陽能電池板可以吸收可見光和紅外光的光子并將其轉(zhuǎn)化為電流，而鈣鈦礦氧化物只吸收太陽光譜中的可見光部分，這部分的光子能量更大。
“與硅基電池板相比，鈣鈦礦氧化物電池板因?yàn)橹晃展庾V中高能量部分的光子，使得其單位可見光的光子產(chǎn)生的電力更大，” Bailie說。
制造有效的鈣鈦礦氧化物-硅串聯(lián)組件最主要的障礙就是光板欠缺透光性。“科林必須想辦法把一個(gè)透明電極安裝在電池板的上部，這樣光子就可以透過鈣鈦礦氧化物并能夠被底部的硅層吸收，”麥吉說。“還沒有人制造出配有2個(gè)透明電極的鈣鈦礦氧化物太陽能電池板。”
鈣鈦礦氧化物在高溫下極易遭到破壞，同時(shí)它也易溶于水。這些內(nèi)在不穩(wěn)定性幾乎使得所有現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)手段都無法將電極安裝在鈣鈦礦氧化物電池板上，所以Bailie選擇手動(dòng)去做。
“我們使用一個(gè)塑料板，上面有納米銀線，”他說。“然后我們利用一個(gè)工具加壓讓納米銀線貼合在鈣鈦礦氧化物太陽能電池板上，就像是一個(gè)紋身貼。接下來你只需要揉搓就可以移出膠膜了。”
效率驚人
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，斯坦福大學(xué)研究小組將一個(gè)轉(zhuǎn)換率為12.7%的鈣鈦礦氧化物太陽能電池板安放在轉(zhuǎn)化率只有11.4%的低品質(zhì)多晶硅太陽能電池板上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驚人。
“通過串聯(lián)鈣鈦礦氧化物的形式，我們將硅基太陽能電池板的效率從11.4%提高到17%，效率相對(duì)提高了接近50%，”麥吉說。“這一能效的大幅提高重新定義了低品質(zhì)硅基太陽能電池板的商業(yè)價(jià)值。”
在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究小組用銅銦鎵硒化物（CIGS）做的電池板代替硅基太陽能電池板。然后研究者們將轉(zhuǎn)換率為12.7%的鈣鈦礦氧化物太陽能電池板安放在轉(zhuǎn)化率為17%的CIGS電池板上。串聯(lián)后的總轉(zhuǎn)化率達(dá)到了18.6%。
“由于幾乎所有鈣鈦礦氧化物太陽能電池板都可以通過溶液沉積制得，所以可以在幾乎不增加成本的情況下將傳統(tǒng)太陽能電池板升級(jí)為高性能串聯(lián)式的電池板，”作者們寫道。
不過鈣鈦礦氧化物的長期穩(wěn)定性還是一個(gè)待解決的問題，McGehee補(bǔ)充說。“硅就是巖石，”他說，“你可以把它加熱到600華氏攝氏度，讓它在陽光下照射25年，而什么問題都沒有。但是如果你讓鈣鈦礦氧化物接觸水或暴露在光下，它可能會(huì)降解。我們有一種方法可以讓鈣鈦礦氧化物太陽能電池板穩(wěn)定使用25年。我的目標(biāo)是制造出轉(zhuǎn)化率達(dá)到25%的低成本串聯(lián)式電池板，這才是光伏公司值得興奮的事情。在未來5到10年，我們甚至可能達(dá)到30%的轉(zhuǎn)化率。”
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