可再生能源技術(shù)重要里程碑
鈣鈦礦太陽能電池壽命延至30年
科技日報北京6月16日電 （實(shí)習(xí)記者張佳欣）據(jù)最新一期《科學(xué)》雜志報道，美國普林斯頓大學(xué)研究人員開發(fā)出了第一個具有商業(yè)可行性的鈣鈦礦太陽能電池，這標(biāo)志著一種新興的可再生能源技術(shù)的重要里程碑。該團(tuán)隊(duì)預(yù)計，他們的設(shè)備可在超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下運(yùn)行大約30年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過太陽能電池20年壽命的門檻。
該設(shè)備不僅經(jīng)久耐用，還符合通用的能效標(biāo)準(zhǔn)。這是此類電池中第一個可與硅基電池性能相媲美的電池。
鈣鈦礦是一種具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，非常適合用于太陽能電池技術(shù)。它們可在室溫下制造，使用的能源比硅少得多，因此生產(chǎn)成本更低，更可持續(xù)。
早期的鈣鈦礦型太陽能電池（PSC）在2009—2012年間問世，只能持續(xù)幾分鐘。2017年的紀(jì)錄是電池在室溫連續(xù)照明下工作了一年，而新設(shè)備能在類似實(shí)驗(yàn)室條件下運(yùn)行5年。研究人員表示，這一創(chuàng)紀(jì)錄的設(shè)計突顯了PSC的耐用潛力，特別是作為推動太陽能電池技術(shù)超越硅極限的一種方式。
此次，研究人員對不同材料進(jìn)行了分層，以優(yōu)化光吸收，同時保護(hù)最脆弱的區(qū)域不受照射。他們在兩個關(guān)鍵成分之間開發(fā)了一層超薄的“二維覆蓋層”：吸收鈣鈦礦層和由銅鹽及其他物質(zhì)制成的荷電層。目標(biāo)是防止鈣鈦礦半導(dǎo)體在幾周或幾個月內(nèi)燒毀。
研究人員還對這些設(shè)計進(jìn)行了數(shù)十次排列，改變幾何結(jié)構(gòu)中的微小細(xì)節(jié)及覆蓋層數(shù)，并嘗試了數(shù)十種材料組合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，新設(shè)備在平均溫度約為35℃且連續(xù)照明至少5年的情況下，可發(fā)揮出80%以上的峰值效率。
研究人員表示，從長遠(yuǎn)來看，鈣鈦礦可在室溫下制造，其制造可避免燃燒大量的化石燃料。但新技術(shù)的開發(fā)并不意味著PSC將在很大程度上取代硅設(shè)備，而是對舊技術(shù)的補(bǔ)充，從而使太陽能電池板更便宜、更高效、更耐用，并將太陽能擴(kuò)展到現(xiàn)代生活中更多新領(lǐng)域。