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美國:科學家研制出體光伏新型材料

文章來源:中國建筑企業協會    最后更新時間:2015-10-26    閱讀次數:

  美國科學家研制出了一種新型光伏材料,用其制造的太陽能電池板成本低、效率高。40多年來,科學家們一直希望能研制出體光伏材料,其除了能利用紫外線的能量外,還能利用可見光和紅外線的能量,新材料的問世終于讓他們如愿以償。

  新材料由賓夕法尼亞大學和德雷克賽爾大學的科學家攜手研制而成,其有三大突出優勢。首先,它制造出的太陽能電池板比目前占據市場主流的硅基太陽能電池板更薄。第二,其原材料比目前高端薄膜太陽能電池所用材料更便宜。第三,這種材料是鐵電材料,這意味著其極性可打開也能關閉,有助于太陽能電池材料超越目前光電轉化效率的理論限制。

  太陽能電池板低效的部分原因在于,從太陽那兒收集到的粒子進入太陽能電池后會四處散落。如果想讓所有粒子都朝一個方向流動,需要多層不同的引導材料,粒子每通過一層材料都會損失一點,從而降低了太陽能電池的能效。新式材料制成的太陽能電池引導層更少,因此能量損失更??;而且,鐵電材料引導粒子所耗費的能量也更少。

  科學家們歷時5年才最終設計出這種新式材料,其由鈮酸鉀和鈮酸鋇鎳組合而成的鈣鈦礦晶體構成。結果表明,其性能遠勝目前的鐵電材料且能吸收6倍多的太陽能。研究人員表示,進一步完善和調整該材料的組成將進一步提高能效。

  德雷克賽爾大學材料科學和工程學的喬納森?斯潘尼爾表示:“新材料令人驚奇,因為其由廉價無毒且含量豐富的元素組成,不像目前高效薄膜太陽能電池所使用的復合半導體材料?!?/p>

  研究人員使用一套工具證明,新材料能讓能量朝一個方向移動而非在層間交錯而行,因此可將能量損失降低到最小。這種能力被稱為體光伏效應,自從上世紀70年代就為科學家們所知,但直到現在,科學家們只在紫外線內觀察到這種效應,而其實,太陽光的大多數能量位于可見光和紅外線光譜內。借助新材料,他們終于在可見光和紅外線內觀察到了這一效應。

  而且,他們還證明,通過調整新材料組成成分的百分比,能減少該材料的能帶隙。斯潘尼爾說:“這種材料的能帶隙位于紫外線范圍內,但只需增加10%的鈮酸鋇鎳,就會讓其能帶隙進入可見光范圍內并接近太陽能轉化效率的理想值?!?/p>

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