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美媒:研究稱新太陽能電池可免手機充電煩惱

时间:2018-07-08     作者:AG亚游集团光伏網【转载】   来自:參考消息網

導讀: 光伏發電(即太陽能發電)的應用越來越廣泛,研究人員報告說,他們發明了一種效率極高的太陽能電池,可以利用室內和陰天戶外的散射光發電。利用這種太陽能電池有一天也許可以研製出能夠不斷充電的裝置,無需再插上插頭充電了。{AG亚游集团光伏網注:“太陽能發電”即“光伏發電”,“太陽能電池”即利用光伏發電原理的電池}

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據美國《科學》周刊網站4月23日報道,研究人員報告說,他們發明了一種效率極高的太陽能電池,可以利用室內和陰天戶外的散射光發電。利用這種太陽能電池有一天也許可以研製出能夠不斷充電的裝置,無需再插上插頭充電了。

報道稱,散射光太陽能電池並不是什麽新鮮事,但最好的散射光太陽能電池需要使用昂貴的半導體。1991年瑞士洛桑聯邦理工大學的化學家邁克爾·格雷策爾發明了所謂的染料敏化太陽能電池,這種電池在弱光下效果最好,而且比標準的半導體電池便宜。但在強烈的太陽光下,質量最好的染料敏化太陽能電池隻能將14%的太陽能轉化成電能,相比之下,標準太陽能電池可以將24%的太陽能轉化成電能。之所以會發生這種情況,是因為能量來得太快,超出了染料敏化太陽能電池的處理能力。但當能量以較慢的速度抵達時,比如室內的散射光,格雷策爾的染料敏化太陽能電池則可以將28%的光能轉化成電能。

報道稱,染料敏化太陽能電池的工作原理也稍異於標準的矽太陽能電池。在標準的矽太陽能電池中,電池吸收的太陽光會將矽原子中的電子踢至較高的能量水平,使它們能夠跨越鄰近原子,移動到帶正電荷的電極。然後它們在那裏被收集起來並被分流到電路中。奇特的是,電子離開原子後留下的空位也是可以移動的。經過一段時間後,這些空位會移動到帶負電荷的電極,在那裏它們被來自外部電路的電子填充。這一過程使得太陽能電池中的矽原子電荷得到重新平衡,從而可以連續產生電力。

但染料敏化太陽能電池有所不同。這種電池也有兩個電極,分別收集負電荷和正電荷,但在這種電池的中間部位,除了矽之外,還有一種不同的電子導體,通常為一些二氧化鈦顆粒。不過,二氧化鈦吸收光的能力較弱。因此,研究人員在這些二氧化鈦顆粒的表麵塗上具有出色的光吸收能力的有機染料分子。被吸收的光子將這些染料分子上的電子和空位激活,就像在矽中一樣。染料會立即將被激活的電子移交給二氧化鈦顆粒,然後這些電子被傳送到正電極。與此同時,空位則被轉入傳導電荷的電解液中滲透到負電極。

染料敏化太陽能電池的問題是空位在電解液中移動的速度不夠快,導致空位在染料和二氧化鈦顆粒附近堆積。如果一個被激活的電子碰上一個空位,它們便會結合,釋放出熱能而不是電能。

報道稱,為了解決這個問題,研究人員努力稀釋電解液,使空位能夠迅速抵達目標。但隻要被稀釋的電解液稍許有一點不完美,就會導致短路,使整個太陽能電池報廢。

現在,格雷策爾和他的同事們找到了一種可能的解決方案。他們設計了一種染料與能夠傳導空位的分子的結合物,並使它們緊緊地覆蓋在二氧化鈦顆粒上,創造出了不存在任何缺陷的完美塗層。這意味著移動緩慢的空位隻需要運行較短的距離就可以抵達負極。與此同時,他們還報告說,這一緊密的塗層還將染料敏化太陽能電池對散射光的利用效率提高到了32%,接近最大理論值。

美國西北大學的化學家邁克爾·瓦西萊夫斯基說:“這是一個真正了不起的進步。”雖然目前這一新裝置還隻能將13.1%的直射太陽光轉化成電能,但瓦西萊夫斯基指出,由於對散射光的利用效率提高了近20%,因此有希望找到新辦法提高該裝置在太陽直射情況下的效率。

報道稱,由於染料敏化太陽能電池的造價遠遠低於矽太陽能電池,如果能夠以較低的成本實現接近矽太陽能電池的效率,那就是一個成功。在這一天到來之前,染料敏化太陽能電池至少可以幫助AG亚游集团在無需電線、插頭和外部電源的情況下為一大堆裝置充電。


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