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科学家研制出体光伏材料 降低太阳能电池板成本

据物理学家组织网近日报道,美国科学家研制出了一种体光伏材料,用其制造的太阳能电池板成本低、效率高。40多年来,科学家们一直希望能研制出体光伏材料,其除了能利用紫外线的能量外,还能利用可见光和红外线的能量,新材料的问世终于让他们如愿以偿。

  新材料由宾夕法尼亚大学和德雷克赛尔大学的科学家携手研制而成,其有三大突出优势。首先,它制造出的太阳能电池板比目前占据市场主流的硅基太阳能电池板更薄。第二,其原材料比目前高端薄膜太阳能电池所用材料更便宜。第三,这种材料是铁电材料,这意味着其极性可打开也能关闭,有助于太阳能电池材料超越目前光电转化效率的理论限制。

  太阳能电池板低效的部分原因在于,从太阳那儿收集到的粒子进入太阳能电池后会四处散落。如果想让所有粒子都朝一个方向流动,需要多层不同的引导材料,粒子每通过一层材料都会损失一点,从而降低了太阳能电池的能效。新式材料制成的太阳能电池引导层更少,因此能量损失更小;而且,铁电材料引导粒子所耗费的能量也更少。

  科学家们历时5年才最终设计出这种新式材料,其由铌酸钾和铌酸钡镍组合而成的钙钛矿晶体构成。结果表明,其性能远胜目前的铁电材料且能吸收6倍多的太阳能。研究人员表示,进一步完善和调整该材料的组成将进一步提高能效。

  德雷克赛尔大学材料科学和工程学的乔纳森·斯潘尼尔表示:“新材料令人惊奇,因为其由廉价无毒且含量丰富的元素组成,不像目前高效薄膜太阳能电池所使用的复合半导体材料。”

  研究人员使用一套工具证明,新材料能让能量朝一个方向移动而非在层间交错而行,因此可将能量损失降低到最小。这种能力被称为体光伏效应,自从上世纪70年代就为科学家们所知,但直到现在,科学家们只在紫外线内观察到这种效应,而其实,太阳光的大多数能量位于可见光和红外线光谱内。借助新材料,他们终于在可见光和红外线内观察到了这一效应。

而且,他们还证明,通过调整新材料组成成分的百分比,能减少该材料的能带隙。斯潘尼尔说:“这种材料的能带隙位于紫外线范围内,但只需增加10%的铌酸钡镍,就会让其能带隙进入可见光范围内并接近太阳能转化效率的理想值。”

来源:科技日报

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