鈣鈦礦太陽能電池大勢來襲

近年來，鈣鈦礦這一物質(zhì)頻繁出現(xiàn)在世人眼前，2009年至2014年五年間，鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率最高可達(dá)到近20%，這對傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池發(fā)起了挑戰(zhàn)。要知道，晶體硅太陽能電池自1970年代研制至今，其最高的轉(zhuǎn)換率為25%。光電轉(zhuǎn)換率越高，太陽能獨挑人類的能源需求“大梁”的可能性就越大。


目前80%的太陽能電池板制作原料都是晶體硅，但是這種材料的太陽能電池生產(chǎn)和安裝成本非常高，這意味著需要更好的替代品，鈣鈦礦無疑是強有力的候補之一。

1983年，鈣鈦礦發(fā)現(xiàn)于地幔內(nèi)部，以俄國礦物學(xué)家Levperovskite命名。2009年以來，包括牛津大學(xué)和瑞士洛桑聯(lián)邦科技學(xué)院在內(nèi)的科學(xué)家們一直對該礦予以了很高的關(guān)注度。

“鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在很短時間內(nèi)迅速提高，掀起了一陣‘鈣鈦礦熱’。”洛桑聯(lián)邦科技學(xué)院的光子學(xué)與接口實驗室主任MichaelGraetzel說，“如今其效率達(dá)到了19.3%的峰值，未來還有待于進(jìn)一步提高。”

Graetzel幫助開發(fā)出一種建立在已有基礎(chǔ)上的新型太陽能電池。“將鈣鈦礦分布在傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池的頂部，大大提高效率，”他說，“花費的成本并不高。這對主流的太陽能電池板來說是一個不錯的應(yīng)用前景。”

由于鈣鈦礦對水和高溫的反應(yīng)尤為強烈，它的穩(wěn)定性測試還有待于進(jìn)一步展開。Graetzel表示，“這些測試目前都在進(jìn)行中，我非常肯定這些問題能都能被妥善解決，真是令人激動。”

舊車用蓄電池變廢為寶


制造鈣鈦礦太陽能電池的必備原料之一就是鉛，但直接從礦石中提取的鉛有毒，美國麻省理工學(xué)院的研究者們找到了替代品。

AngelaBelcher帶領(lǐng)的研究團隊用舊車用蓄電池中的回收鉛來替代鉛，由于一個鈣鈦礦太陽能電池的厚度僅有幾微米，因此回收鉛的用量非常省，一個舊車用蓄電池回收鉛的量足夠生產(chǎn)能為30家住宅供電的太陽能電池板。這項技術(shù)可以說是鈣鈦礦太陽能電池催生的新應(yīng)用。

國際電池理事會表示，98%以上的舊電池里的鉛一般都會被回收，主要用來制作新電池。然而隨著汽車行業(yè)的變化，鋰電池逐漸普及，汽車新電池的需求量逐漸減少，大量的舊車用蓄電池被淘汰。

幸運的是，鈣鈦礦太陽能電池的需求量直線上升，為舊車用蓄電池打開了一個新的市場。既變廢為寶，又避免了舊電池污染環(huán)境。該項技術(shù)得到美國政府的大力支持，政府補貼豐厚。

　“冷靜”的太陽能電池


在強烈太陽光的照射下，常規(guī)太陽能電池的溫度很容易達(dá)到55攝氏度。持續(xù)上升的溫度不僅會降低光電轉(zhuǎn)化率，還會縮短電池的使用壽命。

美國斯坦福大學(xué)ShanhuiFan教授帶領(lǐng)的科研團隊，研發(fā)出一種能防止溫度過高的新型太陽能電池。他們在普通太陽能電池的表面附上一層石英玻璃，這種特制玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是金字塔狀和錐形的，可以改變熱能高的紅外線的照射方向，防止電池板溫度持續(xù)升高，而其他可見的輻射光線仍可以正常穿過，并轉(zhuǎn)為電能，能夠自主避開多余的熱輻射。

該科研團隊正在建設(shè)模型并實驗測試，并期望將來能應(yīng)用于室外。

永不失焦的太陽能電池


常規(guī)的太陽能電池的缺點是成本相對高而效率低下，“Glint光伏”公司研發(fā)出一種能更高效聚光的太陽能電池，一定程度上克服了這些缺點。

該公司研發(fā)出的新型追蹤聚光器，能根據(jù)日照光的照射方向調(diào)整面板反射率，即通過追蹤太陽運動軌跡來改變自己特定區(qū)域的反射率，通過增強對太陽能面板光線反射折射特性的利用，來捕捉來自各個不同角度的光線以獲取最大量的太陽能，并保證捕捉的能量被傳輸至面板內(nèi)的電池中。

常規(guī)的追蹤聚光器由特殊材料建成的反射鏡和透鏡組成，且必須按規(guī)則放置，隨著太陽的移動，鏡面則不停地移動，造價十分高昂。因此，該新型聚光器無需隨時移動面板且捕獲最大量的太陽能這兩點將大大降低生產(chǎn)成本。

這項技術(shù)仍處于開發(fā)階段，投入實際使用還需要一段時間。科研人員還在研究如何進(jìn)一步提高其運作效率。

全透明的太陽能電池


近來，密歇根州立大學(xué)的RichardLunt領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊研發(fā)出一款全透明的太陽能聚光器，采用僅吸收特定波長的紫外線和紅外線的有機材料制造而成。

至今最高效的太陽能電池板通常都是有色的，便于更高效地吸收太陽光。但如果把它做成透明的，它就能完全替代傳統(tǒng)的玻璃，放置在建筑物的窗戶上，且不影響采光。

這種透明的太陽能電池不僅可以替代窗戶玻璃，它可以放置在任何一個擁有清晰的表面的物體上，從建筑物的表面到電腦屏幕、手機屏幕，都有望運用該項技術(shù)，如果這一技術(shù)能真正應(yīng)用，那幾乎可以說它是光伏產(chǎn)業(yè)的一個“完美”存在，發(fā)展前景十分可觀。

相關(guān)閱讀：

工程師分享：光伏電池板功率計算方法
如何從單節(jié)光伏電池收集能量
新型聚光光伏電池效率達(dá)43.5%