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海法申明彩色太阳电瓶板,华裔化学家杨洋(英

2019-08-31 13:49

日本开发大幅提高太阳能光电转换率的新技术

耶路撒冷发明彩色太阳能电池板 可全面接收阳光

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硅太阳能电池光电转换率首超26%,科技日报北京 3 月 21 日电 (记者张梦然)英国《自然·能源》杂志 20 日在线发表的一项重要研究成果,报告了首个光转换效率突破 26% 的硅太阳能电池。经认证,这种电池实现了 26.3% 的转换效率,表明硅太阳能电池的效率达到了历史新高,更多效率更高的硅太阳能电池板也将在未来问世。

东京6月19日电 据当地媒体19日报道,日本研究人员开发出一种新技术,能将太阳能电池板的光电转换率提高到30%左右。

日前,耶路撒冷一家太阳能公司宣布研发出一种彩色太阳能电池板,能够吸收太阳光光谱中不同颜色太阳光的光能,因此其在工作的时候可以不用正对太阳。并且能够达到最高20%的转换率,是目前市场上供应的普通太阳能电池板转换效率的两倍。

通过从海水中提取氢气来生产氢燃料电池是有可能的,但是这一过程所需要的电能使整个过程变得代价高昂。日前,来自UCF的研究员杨洋提出了一种新型的混合纳米材料,可以通过太阳能,从海水中产生氢气,比目前的材料更便宜、更有效。这一突破有望成为清洁燃料的新来源,减少对化石燃料的需求,促进经济的发展。

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阳光由各种波长的光组成,目前市场上的太阳能电池板主要采用硅材料,主要吸收和转换可见光,对阳光中约占三分之一、波长较短的近紫外光不起作用,光电转换率约20%。

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杨洋是佛罗里达中央大学纳米科学技术中心和材料科学与工程学系联合任命的助理教授,他已经研究了近10年的太阳能氢分裂。它是用一种光催化剂来完成的,这是一种利用光的能量刺激化学反应的材料。当他开始研究的时候,杨教授专注于利用太阳能从纯净水中提取氢,用海水所需的光催化剂不够耐用,无法处理其生物量和腐蚀性盐。正如《能源与环境科学》杂志所报道一样,杨教授和他的研究团队开发出了一种新的催化剂,不仅能够获得比其他材料更广泛的光谱,而且能够经受住在海水中发现恶劣环境。

据《自然·能源》文章估计,到 2050 年,光伏电力将承担全球一次能源需求的 20% 以上。但目前太阳能发电成本相较于其他能源仍然偏高,降低发电成本是世界各国相关企业、组织主要的发展目标之一,因此,提高硅太阳能电池光电转换率,成为进一步部署光伏电力的关键步骤。

据报道,日本北海道大学三泽弘明教授带领的研究团队采用廉价的铝为基础材料,在氧化物半导体基板上高密度配置直径只有头发丝直径千分之一的铝微细颗粒物。实验证明,采用这种铝微细颗粒物结构的太阳能电池板可高效吸收和转换阳光中的近紫外光,能将太阳能电池板的光电转化率提高到30%。

GreenSun公司生产的彩色太阳能电池板

杨教授表示:“我们已经打开了一个新的窗口来分解真正的水,不仅仅是实验室里的纯净水。在海水中也很有效。”杨洋开发了一种由混合材料组成的光催化剂,微小的纳米技术被化学蚀刻在二氧化钛薄膜的表面上,这是最常见的光催化剂。这些纳米孔的凹痕表面涂上了二硫化钼的纳米薄片,这是一种具有单一原子厚度的二维材料。典型的催化剂只能将有限的光转化为能量,有了新材料,杨教授的团队能够显著提高可以收获的光,通过控制纳米薄片中硫的密度,可以产生从紫外光波到近红外光波长的能量,使其效率达到目前光催化剂的两倍。

硅太阳能电池的理论效率约为 29%,因为在入射光的能源中,20% 至 30% 为透射损失,约 30% 为量子损失,约 10% 为载流子复合、表面反射损失及串联电阻损失等。

北海道大学说,该研究团队之前成功研制出采用黄金微细颗粒物捕捉近紫外光的太阳能电池板,但价格昂贵,难以商业化利用。而用铝为基础材料的电池板,具有价格低廉,不易损坏等优点。研究人员将对铝微细颗粒物的形状和排列做进一步研究,继续提高光电转换率,以开发出高效、低价的太阳能电池板。

日前,耶路撒冷一家名为绿色阳光的公司宣布研发出一种彩色太阳能电池板。这种太阳能电池板能够吸收太阳光光谱中不同颜色太阳光的光能,因此其在工作的时候可以不用正对太阳。

杨教授表示:“我们可以从光中吸收比传统材料多得多的太阳能。在许多情况下,从太阳能中生产化学燃料比太阳能电池板发电更好。电力必须使用或储存在电池中,这将降低其性能,而氢气则很容易储存和运输。制造催化剂相对简单和便宜。杨教授的团队正在继续进行研究,专注于扩大制造的最佳方式,并进一步提高其性能,这样就有可能从废水中分离出氢。

此次,日本钟化公司研究人员吉河训太及其同事使用工业兼容的工艺来制造单晶硅太阳能电池,其设计能同时增加电池的阳光吸收和电流转换。按照新方法,研究团队打破了此前的最高纪录 25.6%,将光转换效率提高到 26.3%。

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据悉,目前绿光公司仍在研制彩色太阳能的收集器,但该公司表示,其推出的太阳能电池板每产生一瓦特的能量,所需费用不超过一美元,而目前,常规太阳能电池板每产生一瓦特的能量,所需成本为四美元。

与此同时,研究人员还提出了一种实现硅太阳能电池的理论转换效率极限——29.1% 的新方法,为实现太阳能发电高效转换、降低成本的目标打开了一扇大门。

绿光公司表示,他们研制的彩色太阳能电池板能够在不集中吸收热量的情况下,吸收可见光以及紫外光。如果在吸收热量的情况下,会降低太阳能电池板的工作效率。绿光公司还称,其研制的彩色太阳能电池板只需20%的硅材料,并且能够达到最高20%的转换率,是目前市场上供应的普通太阳能电池板转换效率的两倍。

研究团队强调,尽管该研究打破了迄今世界硅太阳能电池的光转换效率纪录,但将单个电池组装成商业上可行的太阳能电池板,目前还需要进一步研究。

英国《经济学家》杂志表示,绿光公司研制的彩色太阳能电池板转换效率高,原因在于其电池板边缘材料的不同。该杂志表示:“传统的太阳能电池板首先由原材料制成薄片形状,然后再在上面覆盖上玻璃平板;而绿光公司生产的彩色太阳能电池板,只在玻璃平板的边缘部分才覆盖有细条形状的硅材质。这种做法能够使照射到玻璃表面的太阳光扩散到电池板的边缘部分,硅材料也能够将这部分光能转换成电能。”

报道还称,绿光公司是通过在玻璃平板上覆盖一层染料和某种纳米金属混合物来达到这一目的的,不过该公司不愿透露这种金属的属性。

如果这一技术得到广泛运用,未来太阳能市场将会竞争更加激烈。

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