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  • 漫射光太陽能電池 陰天也可發(fā)電

    2018-05-14 14:20:53 大云網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評論 (0)
    讓我們想象一下以下場景:再也不用給手機(jī)、kindle或平板電腦充電,是不是很驚喜?最近,有研究人員稱他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種能利用建筑物內(nèi)部和陰天下的低強(qiáng)度漫射光進(jìn)行發(fā)電太陽能電池,并且工作效率達(dá)到一定的值。這種太陽能電池或許在未來將解放充電設(shè)備。

    讓我們想象一下以下場景:再也不用給手機(jī)、kindle或平板電腦充電,是不是很驚喜?最近,有研究人員稱他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種能利用建筑物內(nèi)部和陰天下的低強(qiáng)度漫射光進(jìn)行發(fā)電太陽能電池,并且工作效率達(dá)到一定的值。這種太陽能電池或許在未來將解放充電設(shè)備,設(shè)備的外殼即可不斷給設(shè)備充電,從而無需插入插座來充電。

    漫射光太陽能電池并不是什么新東西,基本很依賴昂貴的半導(dǎo)體材料才能達(dá)到最好的效果。在1991年,瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的化學(xué)家MichaelGraetzel就發(fā)明了所謂的染料敏化太陽能電池(DSSCs),這種電池能夠在昏暗的光線下達(dá)到最好的工作效果,而且比標(biāo)準(zhǔn)的太陽能電池更便宜。在太陽光下,最好的DSSCs卻只能將14%的太陽能轉(zhuǎn)換為電能,而標(biāo)準(zhǔn)的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率是24%。背后的主要原因是光能來的太快,DSSCs并不能及時轉(zhuǎn)換。因此,當(dāng)光能以一種緩慢的步伐照到它時,就比如低強(qiáng)度的室內(nèi)光,DSSCs的轉(zhuǎn)換效率能提高到28%。

    DSSCs與標(biāo)準(zhǔn)的硅太陽能電池有點(diǎn)不同:標(biāo)準(zhǔn)的硅太陽能電池中,吸收的陽光將硅原子上的電子激發(fā)到更高能級,從而使得它們能夠跳過相鄰原子向正極移動。電子被正極收集并分流到電路中,使得電路可以工作。離開的電子在硅原子留下了空穴,空穴也是可以移動的,并且隨著時間累積,空穴會流向負(fù)極,在負(fù)極處和外部電路中的電子重合,現(xiàn)在太陽能電池的硅原子電荷重新平衡,使其可以持續(xù)發(fā)電。

    漫射光太陽能電池 陰天也可發(fā)電

    圖|染料敏化太陽能電池已經(jīng)在世界各地的建筑中捕獲能量。(ROLANDHERZOG,EPFL)

    而DSSCs把發(fā)電這件事復(fù)雜化提高到另一個檔次。它兩端依然有收集正負(fù)電荷的電極,但是在中間,不再單純僅僅是硅,而是其他材料,典型的用料是二氧化鈦(TiO2)顆粒。二氧化鈦并不是好的光吸收材料,研究人員便嘗試在顆粒表面涂覆特殊的光吸收材料——有機(jī)染料分子。吸收的光子激發(fā)這些染料分子的電子和空穴,激發(fā)的電子立即轉(zhuǎn)移到二氧化鈦顆粒上,再經(jīng)由二氧化鈦顆粒移動到正極。同時,這些空穴轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)(導(dǎo)電液體)中,并最后到達(dá)負(fù)極。

    DSSCs存在的問題是空穴在電解質(zhì)中移動速度慢,導(dǎo)致空穴往往堆積在染料和二氧化鈦顆粒附近,一旦激發(fā)的電子一遇到空穴,它倆一碰上,產(chǎn)生的就是熱能而不是電能了。

    為了解決這個問題,研究人員試過使用薄一點(diǎn)的電解質(zhì)層,方便空穴以最近的距離到達(dá)目的地。但是,電解質(zhì)薄層的任何一個缺陷都可能導(dǎo)致器件短路,隨時一個致命一擊就可以讓整個太陽能電池崩潰。現(xiàn)在,Graetzel和他的同事們想出了另一個可能的解決方案,他們設(shè)計(jì)了一種染料和空穴傳導(dǎo)分子的組合體,再緊密包裹在二氧化鈦顆粒周圍,從而形成沒有任何缺陷、緊密貼合的層,這就解決了移動速度慢的空穴要走很長一段路才能去到負(fù)極這個問題。他們23日在Joule雜志上發(fā)表報(bào)告稱,這種緊密層將DSSCs對漫射光的轉(zhuǎn)換效率提高到32%——接近最高的理論值。

    西北大學(xué)的化學(xué)家MichaelWasielewski說:“這真是一個很不錯的進(jìn)步。”盡管這種新的染料敏化電池對太陽光直射的轉(zhuǎn)換效率僅為13.1%,但他指出,由于對漫射光的轉(zhuǎn)換效率提高了近20%,因此給了人們種下了能找到新方法來提高在全陽光下轉(zhuǎn)換效率的希望。

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    責(zé)任編輯:蔣桂云

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