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美國研究太陽能電池效率新突破

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年04月08日  

雖然研究人員一直在穩步提高太陽能電池的發電量,但他們卻面對根本的限制,這是因為物理學涉及到把光子轉換為電子,而且是在半導體材料中進行的。現在,美國懷俄明大學UniversityofWyoming研究人員已證明,采用被稱作量子粒(quantumdots)的新型納米材料,有可能超越這些極限,生產超效能太陽能電池。


太陽能電池的理論限度離不開數量上大幅度變化的陽光光子能量。其數量變化取決于光的顏色。無論接收到的光子多么充滿活力,太陽能電池僅能把一個光子轉換成一個電子,而且是以既定數量的能量。任何多余能量都會散失為熱量。科學家們假設,量子粒因其不尋常的電子屬性,可以把一些多余能量轉換為電子。他們估計,這個方法可以使太陽能電池效率的理論最大值提高大約50%。


最初測試這個想法是很令人鼓勵的,但沒有結論。研究人員們無法直接測量多余的電子,因為這些電子存在時間太短暫,無法使它們離開材料進入電路。懷俄明大學研究人員所取得的關鍵進步,是改進了量子粒及其所附著的二氧化鈦電極的表面化學,創造了一種強有力的連接,使電子可以逃離量子粒,時間只有短短的萬億分之幾秒。這是第一次,研究者能夠直接測量太陽能電池中多余電子的生產。


這一進展是很重要的,原因有兩個。首先,它表明,有可能使用多余電子促進出現電流,這是必要的,假如這些電子要在太陽能電池中有任何用途的話。第二,測量表明,量子粒可更加有效地出現多余電子,超過一些研究者的想象,對某些波長的光而言,其效果大約是三倍,假如研究結果準確的話,伊蘭.拉班尼EranRabani說,他是特拉維夫大學TelAvivUniversity化學教授。然而,這個性能仍不足以制造超效能太陽能電池,他說。布魯斯.帕克孫BruceParkson是懷俄明大學化學教授,領導這項工作,他對此表示同意。這不是最理想的。這只是第一步,他說。


仍然存在兩大障礙,要不這一技術就可以用來制造超效能太陽能電池。帕克孫使用硫化鉛量子粒和水晶二氧化鈦電極,研究人員們要嘗試量子粒和電極材料的其它組合,以發現一些組合,可以把更多光子轉換成許多電子。帕克孫說,他的新方法用于制造量子粒太陽能電池,有助于他們直接測試其他一些組合。


研究人員們還要提高量子粒太陽能電池所能吸收的光的總量。在實驗電池中,量子粒層太薄,大多數光線透過都不會被吸收。帕克孫說,下一步可能就是使量子粒附著于一種多孔材料,這種材料具有較大的表面積,這就會使它們有更多的機會吸收光,同時還使電子可以很快逃離。


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