鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有哪些優(yōu)缺點(diǎn)
文章來(lái)源:未知時(shí)間:2022-01-22
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鈣鈦礦，科學(xué)家們?cè)谧钚卵芯恐邪l(fā)現(xiàn)，一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達(dá)22.1%，為目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍，能大幅降低太陽(yáng)能電池的使用成本。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。
盡管研究團(tuán)隊(duì)還沒(méi)有演示以新材料為原料制造的高效太陽(yáng)能電池，此項(xiàng)研究已成為此前諸多研究強(qiáng)有力的補(bǔ)充，證明了擁有獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦有望改變太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的面貌。當(dāng)前市場(chǎng)上占主流的太陽(yáng)能電池以硅和碲化鎘為材料，達(dá)到目前的轉(zhuǎn)化效率歷時(shí)10多年;而鈣鈦礦只花了短短4年時(shí)間的研究，有鑒于此，即使業(yè)界保守人士也對(duì)鈣鈦礦非?？春?。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、賓夕法尼亞大學(xué)能源創(chuàng)新研究中心聯(lián)合主任安德魯˙阿姆表示，以新式鈣鈦礦為原料制造的太陽(yáng)能電池能將大約一半的太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電力，為目前的2倍，因此，只需一半太陽(yáng)能電池就可提供同樣的電力，這將大大減少安裝成本，從而讓總成本顯著降低。
另外，阿姆說(shuō)，與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池材料不同，新材料并不需要電場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生電流，這將減少所需材料的數(shù)量，產(chǎn)生的電壓也更高，從而能增加能量產(chǎn)出;而且，新材料也能很好地對(duì)可見(jiàn)光做出反應(yīng)，這對(duì)太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)意義重大。
研究人員也證明，新材料稍作改變就能有效地將不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電力，科學(xué)家們可借此制造出擁有不同層的太陽(yáng)能電池，每層吸收不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光，從而顯著提高能效。
不過(guò)，有專(zhuān)家則強(qiáng)調(diào)，盡管這些屬性非常有用，但阿姆團(tuán)隊(duì)要想制造出可用的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還有很長(zhǎng)的路要走。首先，這種太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流很低。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)缺點(diǎn)
從2009年到2015年的短短6年間，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%一下子躍升至20.3%，提高了5倍多。其效率進(jìn)步之快，以至于被《科學(xué)》期刊評(píng)為2013年的10大科學(xué)突破之一。當(dāng)前，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的學(xué)術(shù)研究仍然十分活躍，其產(chǎn)業(yè)化前景也十分看好，但實(shí)用化技術(shù)的研究成果尚待突破。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池優(yōu)缺點(diǎn)
這是因?yàn)椋?br> 一 鈣鈦礦電池的優(yōu)勢(shì)：
轉(zhuǎn)換效率發(fā)展速度快——6年時(shí)間從3.8%升到20.3%，而2013年11月美國(guó)科學(xué)家在最新研究中發(fā)現(xiàn)，新式鈣鈦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達(dá)50%，為目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍，這說(shuō)明了它還有很大的發(fā)展?jié)摿? 電池制作工藝簡(jiǎn)單——實(shí)驗(yàn)室中常采用液相沉積、氣相沉積工藝、液相/氣相混合沉積工藝;
電池發(fā)電成本低——甚至有可能會(huì)比火力發(fā)電還低;
建筑一體化潛力——鈣鈦礦型電池屬于薄膜電池，目前主要就是沉積在玻璃上，還可以通過(guò)控制各層材料的厚度和材質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同程度的透明度，當(dāng)然效率也會(huì)降低，不過(guò)這類(lèi)應(yīng)用是值得嘗試的。例如牛津大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以做出半透光（灰褐色）的電池。如果將采光與發(fā)電融為一體的太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)順利，有望成為高樓大廈幕墻裝飾、車(chē)輛有色玻璃貼膜等的替代品。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池優(yōu)缺點(diǎn)
二鈣鈦礦電池的劣勢(shì)：
材料有毒——鈣鈦礦電池材料含有鉛，不過(guò)鉛跟其他類(lèi)型電池含有的砷、鎵、碲、鎘相比，簡(jiǎn)直就是小巫見(jiàn)大巫。而美國(guó)西北大學(xué)也已研發(fā)出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，不過(guò)這種電池的轉(zhuǎn)換效率還只有6%，而且材料非常不穩(wěn)定，目前處于研發(fā)初級(jí)階段;
材料不穩(wěn)定——鈣鈦礦中的鉛容易氧化使碘揮發(fā)，且當(dāng)晶體遇濕時(shí)則易分解。如果我們使用鈣鈦礦電池發(fā)電，它很有可能分解滲出流到屋頂或土壤中;
電池壽命不長(zhǎng)——目前，壽命最長(zhǎng)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可達(dá)到1000小時(shí)，由華中科技大學(xué)和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院合作研發(fā)。而傳統(tǒng)晶硅電池壽命一般可達(dá)到25年，比鈣鈦礦電池長(zhǎng)得多。
