作者：UniversityofToledo

利用世界上最清潔、最豐富的可再生能源的最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法離現(xiàn)實(shí)又近了一步。

托萊多大學(xué)的物理學(xué)家將太陽能電池的性能提升到前所未有的水平，在制造新材料的化學(xué)配方和工藝上取得了重大突破。

與美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室和科羅拉多大學(xué)合作，托萊多大學(xué)的物理教授YanfaYan博士預(yù)計(jì)，這種被稱為串聯(lián)鈣鈦礦太陽能電池的超高效材料將在不久的將來在消費(fèi)市場(chǎng)上的全尺寸太陽能電池板上首次亮相。

鈣鈦礦（perovskites）是一種通過化學(xué)形成特殊晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，它將取代硅，硅目前仍然是太陽能電池將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的首選材料。

Yan博士說：“我們正在生產(chǎn)效率更高、成本更低的太陽能電池，這顯示出幫助解決世界能源危機(jī)的巨大希望。這項(xiàng)有意義的工作將有助于我們的孩子和后代保護(hù)我們的地球。我們現(xiàn)在在消耗大部分化石能源方面遇到了問題，我們的合作團(tuán)隊(duì)致力于改進(jìn)我們的創(chuàng)新方法來清理混亂。”

這篇發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的最新研究論文概述了光伏團(tuán)隊(duì)如何微調(diào)鉛和錫的混合，以使這項(xiàng)技術(shù)更接近其最高效率。目前的努力使新太陽能電池的效率達(dá)到了23%左右。相比之下，目前市場(chǎng)上的硅太陽能電池板的額定效率約為18%。

科學(xué)家們使用一種叫做硫氰酸胍鹽的化合物來顯著改善鉛錫混合鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能。

“科學(xué)是世界上頂尖的學(xué)術(shù)期刊，與自然并駕齊驅(qū)，五個(gè)月前嚴(yán)博士發(fā)現(xiàn)了一種能產(chǎn)生白光的材料，這種材料可以提高LED燈泡的效率和吸引力，才發(fā)表了其他的研究成果，”托萊多大學(xué)物理和天文學(xué)系教授兼主席SanjayKhare博士說。他在托萊多大學(xué)的重要可持續(xù)發(fā)展工作可以幫助世界使用清潔能源。

大約五年前，Yan在托萊多的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦的理想特性，此后他將20年的經(jīng)驗(yàn)集中在生產(chǎn)一種全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池上，該電池將兩種不同的太陽能電池結(jié)合在一起，以增加利用太陽光譜的兩個(gè)不同部分產(chǎn)生的總電能。

上個(gè)月，美國(guó)能源部授予Yan博士110萬美元的補(bǔ)助金，以繼續(xù)他與國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的合作研究。

“這是我們等了很久的材料，”Yan說。“太陽能產(chǎn)業(yè)正在觀望和等待。一些公司已經(jīng)開始投資這項(xiàng)技術(shù)。”

Yan是半導(dǎo)體、材料合成和薄膜太陽能電池制造中缺陷物理和電子特性理論的專家。

“我們的研究正在進(jìn)行，以制造更便宜、更高效的太陽能電池，這可能與目前流行的硅光伏技術(shù)相媲美，甚至超過后者，”托萊多大學(xué)物理和天文學(xué)系的研究助理教授、該研究的合著者宋兆寧博士說。我們的串聯(lián)太陽能電池有兩層鈣鈦礦，具有很高的能量轉(zhuǎn)換效率，并有可能降低太陽能電池板的生產(chǎn)成本，這是光電技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)步。”

雖然Yan的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)提高了材料的質(zhì)量和以低成本制造它們的工藝，但還需要取得更多的進(jìn)展。

宋說：“材料成本低，制造成本低，但材料的壽命仍然未知。我們需要繼續(xù)提高效率和穩(wěn)定性。”

“此外，鉛被認(rèn)為是一種有毒物質(zhì)，我決心與太陽能行業(yè)合作，確保用這種材料制成的太陽能電池板可以回收利用，這樣它們就不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。”Yan說到。