美國(guó)研制出環(huán)保型鈣鈦礦太陽能電池
2014年05月06日 14:32 6206次瀏覽 來源: 科技日?qǐng)?bào) 分類: 新技術(shù)
美國(guó)西北大學(xué)的科學(xué)家研制出了環(huán)保型鈣鈦礦太陽能電池,其用錫鈣鈦礦代替鉛(有毒)鈣鈦礦作為捕獲太陽光的設(shè)備。新型太陽能電池不僅綠色、高效,且成本低廉,可以使用簡(jiǎn)單的“實(shí)驗(yàn)臺(tái)”化學(xué)方法制造,不需要昂貴的設(shè)備或危險(xiǎn)材料。研究發(fā)表在5月5日(北京時(shí)間)出版的《自然·光子學(xué)》雜志上。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一、無機(jī)化學(xué)專家梅科瑞·卡納茨迪斯5月4日接受物理學(xué)家組織網(wǎng)采訪時(shí)表示:“這是研制新型太陽能電池領(lǐng)域的重大突破。錫是一種非常實(shí)用靠譜的材料。”
擁有獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦是一種陶瓷氧化物,最早被發(fā)現(xiàn)的此類氧化物是存在于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣(CaTiO3)化合物。傳統(tǒng)硅晶太陽能電池板因原材料硅土昂貴且制造過程會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染,學(xué)界和業(yè)界近年轉(zhuǎn)而研發(fā)鈣鈦礦太陽能板,結(jié)果光電轉(zhuǎn)化效能兩年內(nèi)從3%提高至16%,形成重大的科研突破,鈣鈦礦太陽能電池也因此被稱為太陽能電池領(lǐng)域的“明日之星”。
新型太陽能電池也使用了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)作為吸光材料,只不過用錫代替鉛??茖W(xué)家們表示,鉛鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)化效率已達(dá)15%,鑒于錫和鉛屬同族元素,錫鈣鈦礦應(yīng)該也能達(dá)到甚至超過這一數(shù)值。該研究的另一負(fù)責(zé)人、材料科學(xué)和工程學(xué)教授張邦衡(音譯)表示:“我們的錫基鈣鈦礦層能像高效的太陽光捕獲設(shè)備一樣工作。”
盡管這款固態(tài)錫太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率目前僅為5.73%,但他們認(rèn)為這是一個(gè)非常好的開始。研究人員表示,錫鈣鈦礦有兩個(gè)特點(diǎn):能最大程度地吸收太陽能光譜中的可見光;不需要加熱就能直接熔解。
新型固態(tài)太陽能電池是一塊由5層材料組成的“三明治”,每一層都具有獨(dú)特的作用。第一層導(dǎo)電的玻璃,使太陽光能進(jìn)入電池;第二層是沉積在玻璃層之上的二氧化鈦,這兩層合在一起作為太陽能電池前部的導(dǎo)電觸點(diǎn);接下來就是新款太陽能電池的“主角”錫鈣鈦礦,這一層的主要作用是捕獲太陽光。研究人員在一個(gè)充滿氮?dú)獾氖痔资讲僮飨鋬?nèi)制造這一材料,這種工作臺(tái)化學(xué)方法的目的是保護(hù)環(huán)境,避免錫鈣鈦礦被氧化。
位于錫鈣鈦礦之上的是空穴傳輸層,這一層對(duì)于關(guān)閉電流并獲得功能性的電池至關(guān)重要,主要材料是一種吡啶(含有一個(gè)氮雜原子的六元雜環(huán)化合物)分子。最后壓軸的是一薄層金。最終封裝的太陽能電池厚度大約1到2微米,能放入空氣。測(cè)試表明,其光電轉(zhuǎn)化效率為5.73%。
自地球形成以來,太陽就在用光和熱為人類提供源源不斷的能量,隨著技術(shù)手段的不斷進(jìn)步,獲取太陽能的方式也在不斷發(fā)展。作為新型的可再生能源,太陽能電池自誕生之日起,就在與成本高、轉(zhuǎn)換效率低做斗爭(zhēng)。以錫鈣鈦礦為新材料制造的新型太陽能電池雖然在綠色環(huán)保和降低成本上顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì),但我們更期待研究者繼續(xù)突破光電轉(zhuǎn)化的效率,為我們帶來真正綠色、高效又便宜的太陽能電池。
責(zé)任編輯:彭彭
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