光纤太阳能电池,俄美研究员制出新型低成本高

2019-11-28 作者:奥门金沙手机娱乐网址   |   浏览(164)

近日,一个由世界各国工程师、物理学家和化学家组成的团队取得了一项科研新进展,他们制出了世界首款光导纤维太阳能电池。这些光导纤维的直径比人的头发丝还要细,而且柔软可弯曲,同时也具备太阳能电池的发电能力。美国军方已经对这款奇妙的产品产生了兴趣,准备将其作为军用服装的混织纤维。这样一来,未来的美国大兵很可能就是穿着一身电池上战场了。

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硅基太阳能电池的研究始于20世纪中叶。现有技术的缺陷在于,硅的生产过程耗能高且有毒,造成其成本高昂。硅的特点是灵活度低、脆弱、电池板重量大,这也大大缩小了其使用范围。金属有机钙钛矿型太阳能电池则有望解决这些问题。

可弯曲的光纤太阳能电池

硅基薄膜太阳电池是对所有以硅为主要材料的薄膜类太阳电池的总称。

从本质上说,这款现代感十足的太阳能电池其实就是玻璃质光纤,科学家们使用高压化学气相沉积技术,将n、i、p型非晶硅植入光纤,给这根光纤赋予了太阳能电池的功能。从功能上说,植入了非晶硅的光纤和普通太阳能电池并无不同,都是通过光生伏打效应产生电能。不同之处在于,人们在制造传统太阳能电池时将非晶硅附在平面玻璃基板之上,制成产品自然与玻璃一样坚硬;而光导纤维太阳能电池在植入硅时突破了平面的限制,也因为材料的不同获得了柔软的特性。

材料结构上包括非晶硅、微晶硅,电池结构上包括非晶硅单结、非晶硅/非晶硅双结叠层、非晶硅/微晶硅双结叠层电池,也包括以硅为基础的各种合金材料和电池,例如非晶硅锗电池等。

该科研团队带头研究人员,来自宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)的约翰·贝丁(John Badding)对外表示,他们已经制成了“数米长的光纤太阳能电池”,并且他们的新技术能够制备“十米以上长度的光纤太阳能电池”。如果光纤太阳能电池的长度能达到这个量级的话,剩下的问题就是将其织入织物之中了。贝丁表示,美国军方对于在军用衣物中使用该材料、给士兵配备可穿戴式电源很感兴趣,但遗憾的是我们还没能看到混织光纤太阳能电池的织物。虽然从图中我们可以确定这种材料的可塑性,不过谁也不能保证它是否能够承受每日穿戴的磨损,能不能够做到高效耐用。

在新研究中,科学家们制造出串联设备原型,把光伏电池与碳纳米管连接为一体。多层串联设备把钙钛矿电池与传统的硅基太阳能电池结合在一起,令整个太阳可见光谱都能转化为电能。这种太阳能转化为电能的新机制使电池效率提高15%。

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俄研究型工艺技术大学“莫斯科钢铁合金学院”能源效率中心首席专家、美国德克萨斯大学达拉斯分校教授、项目负责人安瓦尔扎希多夫介绍说:“混合型钙钛矿材料的主要优点是获取简单,制作采用的是普通金属盐和有机化合物,而不是在高效半导体同类产品中,例如硅基太阳能电池和砷化镓太阳能电池中所采用的昂贵稀有元素。钙钛矿材料不仅可以用在玻璃上,还可以涂在其他材料和表面上。相比更加复杂的获取薄膜太阳能电池的方法,这能让电池变得更加廉价。”

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