科學(xué)家創(chuàng)造無硅鈣鈦礦太陽能電池以降低成本延長使用壽命

研究人員使用鈣鈦礦電池開發(fā)了一種穩(wěn)定的無硅太陽能電池板，通過氣相滲透將鈦摻入頂層。

太陽能正迅速成為美國最重要的發(fā)電來源之一，7%的美國人使用它來為他們的家庭供電。然而，雖然太陽能為傳統(tǒng)能源生產(chǎn)方法提供了一種可行的綠色替代方案，但科學(xué)家們?nèi)栽谂μ岣咛柲茈姵匕逯圃爝^程的效率。

太陽能電池板由許多太陽能電池組成，通常由硅制成。雖然硅是標(biāo)準(zhǔn)材料，但其生產(chǎn)和加工是能源密集型的，這使得建立新的制造設(shè)施的成本很高。

雖然美國的科學(xué)家早就意識到需要提出新的、具有成本效益的材料來促進(jìn)國內(nèi)太陽能電池的生產(chǎn)，但佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院的一組研究人員可能剛剛想出了一個解決方案。

新材料提高產(chǎn)量

在副教授Juan Pablo Correa-Baena的領(lǐng)導(dǎo)下，研究人員多年來一直在探索鈣鈦礦晶體作為硅的替代品。鈣鈦礦由碘原子、鉛和有機(jī)元素組成，是一種有前途且高效的替代品，其性能與硅相當(dāng)。

“我們正在開發(fā)可以輕松生產(chǎn)的技術(shù)，而無需在昂貴的設(shè)備上花費大量資金，”Correa-Baena 在佐治亞理工學(xué)院發(fā)布的一份聲明中說。

然而，鈣鈦礦的一個主要缺點是其使用壽命有限—持續(xù)時間僅為硅電池的5%左右。鈣鈦礦電池使用僅一年后就開始變質(zhì)，而硅電池則持續(xù)20年。這種材料對夏季高溫特別敏感，在顯著節(jié)能之前可能會分解。

為了解決這個問題，Correa-Baena 的實驗室開發(fā)了一種新技術(shù)來穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池，其結(jié)構(gòu)類似于電池。

通過鈦處理增強(qiáng)太陽能電池

Correa-Baena和他的團(tuán)隊制造的鈣鈦礦太陽能電池有一個正極和一個負(fù)極，鈣鈦礦層位于它們之間。在頂部添加正極之前，研究人員在低真空中將鈣鈦礦暴露在鈦氣體中。這個過程稱為氣相滲透，將鈦整合到太陽能電池的頂層。該技術(shù)目前正在接受專利審查。

根據(jù)Correa-Baena的說法，該團(tuán)隊已經(jīng)使導(dǎo)致壽命問題的一層更加堅固和耐高溫。通過滲透鈦，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它們可以防止降解過程，從而允許在屋頂或其他環(huán)境中測試太陽能電池。

太陽能電池生產(chǎn)中從硅到鈣鈦礦晶體的轉(zhuǎn)變最終可能會改變太陽能行業(yè)。創(chuàng)新的穩(wěn)定技術(shù)解決了鈣鈦礦電池的主要局限性，增強(qiáng)了其耐用性，使其更適合長期使用。

此外，這一進(jìn)步促進(jìn)了太陽能電池的生產(chǎn)，并支持了加速美國采用可再生能源的更廣泛目標(biāo)。通過提高鈣鈦礦電池的耐用性和效率，Correa-Baena的穩(wěn)定技術(shù)消除了鈣鈦礦電池使用的主要障礙，為各個領(lǐng)域更具成本效益和可持續(xù)性的太陽能技術(shù)鋪平了道路。