你知道可印刷的微型液體太陽能電池嗎？研究將攻克制造液體太陽能電池的關鍵問題！
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-21 22:28
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據(jù)物理學家組織網(wǎng)報道，美國科學家表示，他們最新研制出了一種便宜且穩(wěn)定的液體太陽能電池。這種由納米晶體制成的電池“體形非常嬌小”，因而能以液體墨水的形式存在，可印刷或者涂抹在干凈基底的表面。最新研究發(fā)表在英國皇家化學學會出版的國際無機化學期刊《道爾頓匯刊》上。
南加州大學科學家研制的這種太陽能電池使用的納米晶體由半導體硒化鎘制成，其大小約為4納米，這意味著一個針頭上就可以放置2500億個，而且其也可以漂浮在液體溶液內(nèi)。該研究的領導者、南加州大學文理學院化學副教授理查德·布切爾表示：“就像印刷報紙一樣，我們也可以印刷太陽能電池。”
盡管與目前廣泛使用的單晶體硅晶圓太陽能電池相比，液態(tài)納米晶體太陽能電池的制造過程更加便宜，但其光電轉(zhuǎn)化效率要稍遜一籌。不過，在最新研究中，研究人員攻克了制造液體太陽能電池面臨的關鍵問題：如何制造出一種穩(wěn)定且能導電的液體。
以前，科學家們需要讓有機配位體分子依附在納米晶體之上，以讓納米晶體保持穩(wěn)定并預防二者相互黏連在一起。但這些有機配位體分子同時也會將晶體隔絕起來，使整個系統(tǒng)的導電性能變得非常差。布切爾表示：“這一直是該領域面臨的主要挑戰(zhàn)。”
為此，布切爾和南加州大學的博士后研究員戴維·韋伯為這種納米晶體研發(fā)出了一種新的表面涂層。這種新的合成配位體不僅在使納米晶體穩(wěn)定方面表現(xiàn)良好，而且，它們實際上也變身為細小的“橋梁”，將納米晶體連接起來并幫助它們傳輸電流。
另外，通過一個相對低溫、不需要進行任何與熔化有關的過程，科學家們就可以將這種液體太陽能電池印刷在塑料而非玻璃表面，最終得到一種柔性太陽能電池板，其形狀可以隨需而變安裝在任何地方。
布切爾表示，接下來他計劃使用其他材料而非有毒的鎘來制造納米晶體。他也指出：“盡管對這項技術進行商業(yè)化生產(chǎn)還要等上幾年，不過，他們已經(jīng)很清楚地看到，這項技術可以同下一代太陽能電池技術完美地結(jié)合在一起。”
來自加州大學伯克利分校研究人員發(fā)現(xiàn)，太陽能電池的設計如果加入類似發(fā)光器件(如LED)可產(chǎn)生最大量的能量。
“我們證明到，太陽能電池發(fā)光光子越好，其發(fā)出能量的電壓和效率也就越高，”加州大學伯克利分校電氣工程教授首席研究員EliYablonovitch表示。
避免電池片內(nèi)的“丟失”光子
最近，Yablonovitch和他的同事們試圖了解為什么在理論極限與他們已經(jīng)研究出所達到的極限之間會存在如此大的差距。他們遇到了一個相對簡單的，可能有悖常理，基于對光線吸收和散發(fā)之間的數(shù)學聯(lián)系的解決方案。
根據(jù)研究小組研究，設計讓太陽能電池發(fā)出光-可以使光子不會在電池片內(nèi)“丟失”-對于提高太陽能電池產(chǎn)生的電壓有自然效果。
原型效率從26%提高躍至28.3%
Yablonovitch共同創(chuàng)辦的阿爾塔設備，使用了新概念，創(chuàng)建出一個用砷化鎵(GaAs)-一種經(jīng)常使用于衛(wèi)星的電池片材料，原型太陽能電池。原型打破了世界紀錄，效率從26%提高到28.3%。
Yablonovitch預計，研究人員將在未來幾年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)效率接近30%。伯克利分校的團隊將于2012年5月6日至5月11日在加利福尼亞州圣約瑟市舉行的鐳射和電光學會議上展示其發(fā)現(xiàn)成果。
南加州大學科學家研制的這種太陽能電池使用的納米晶體由半導體硒化鎘制成，其大小約為4納米，這意味著一個針頭上就可以放置2500億個，而且其也可以漂浮在液體溶液內(nèi)。該研究的領導者、南加州大學文理學院化學副教授理查德·布切爾表示：“就像印刷報紙一樣，我們也可以印刷太陽能電池。”
盡管與目前廣泛使用的單晶體硅晶圓太陽能電池相比，液態(tài)納米晶體太陽能電池的制造過程更加便宜，但其光電轉(zhuǎn)化效率要稍遜一籌。不過，在最新研究中，研究人員攻克了制造液體太陽能電池面臨的關鍵問題：如何制造出一種穩(wěn)定且能導電的液體。
以前，科學家們需要讓有機配位體分子依附在納米晶體之上，以讓納米晶體保持穩(wěn)定并預防二者相互黏連在一起。但這些有機配位體分子同時也會將晶體隔絕起來，使整個系統(tǒng)的導電性能變得非常差。布切爾表示：“這一直是該領域面臨的主要挑戰(zhàn)。”
為此，布切爾和南加州大學的博士后研究員戴維·韋伯為這種納米晶體研發(fā)出了一種新的表面涂層。這種新的合成配位體不僅在使納米晶體穩(wěn)定方面表現(xiàn)良好，而且，它們實際上也變身為細小的“橋梁”，將納米晶體連接起來并幫助它們傳輸電流。
另外，通過一個相對低溫、不需要進行任何與熔化有關的過程，科學家們就可以將這種液體太陽能電池印刷在塑料而非玻璃表面，最終得到一種柔性太陽能電池板，其形狀可以隨需而變安裝在任何地方。
布切爾表示，接下來他計劃使用其他材料而非有毒的鎘來制造納米晶體。他也指出：“盡管對這項技術進行商業(yè)化生產(chǎn)還要等上幾年，不過，他們已經(jīng)很清楚地看到，這項技術可以同下一代太陽能電池技術完美地結(jié)合在一起。”
來自加州大學伯克利分校研究人員發(fā)現(xiàn)，太陽能電池的設計如果加入類似發(fā)光器件(如LED)可產(chǎn)生最大量的能量。
“我們證明到，太陽能電池發(fā)光光子越好，其發(fā)出能量的電壓和效率也就越高，”加州大學伯克利分校電氣工程教授首席研究員EliYablonovitch表示。
避免電池片內(nèi)的“丟失”光子
最近，Yablonovitch和他的同事們試圖了解為什么在理論極限與他們已經(jīng)研究出所達到的極限之間會存在如此大的差距。他們遇到了一個相對簡單的，可能有悖常理，基于對光線吸收和散發(fā)之間的數(shù)學聯(lián)系的解決方案。
根據(jù)研究小組研究，設計讓太陽能電池發(fā)出光-可以使光子不會在電池片內(nèi)“丟失”-對于提高太陽能電池產(chǎn)生的電壓有自然效果。
原型效率從26%提高躍至28.3%
Yablonovitch共同創(chuàng)辦的阿爾塔設備，使用了新概念，創(chuàng)建出一個用砷化鎵(GaAs)-一種經(jīng)常使用于衛(wèi)星的電池片材料，原型太陽能電池。原型打破了世界紀錄，效率從26%提高到28.3%。
Yablonovitch預計，研究人員將在未來幾年內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)效率接近30%。伯克利分校的團隊將于2012年5月6日至5月11日在加利福尼亞州圣約瑟市舉行的鐳射和電光學會議上展示其發(fā)現(xiàn)成果。
