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No．7 英美大學(xué)開發(fā)串聯(lián)型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 效率有望超30％！

美國(guó)斯坦福大學(xué)與英國(guó)牛津大學(xué)的研究人員宣布，利用涂布技術(shù)制作的串聯(lián)型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了20．3％的高轉(zhuǎn)換效率，并且該電池具備高耐久性。預(yù)計(jì)將來轉(zhuǎn)換效率有望超過30％。論文已發(fā)表在學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上。

串聯(lián)型太陽(yáng)能電池，是以兩層太陽(yáng)能電池更有效地利用太陽(yáng)光，以提高轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)。具體來說，第一層主要吸收太陽(yáng)光中波長(zhǎng)稍短的光和紫外線，第二層吸收波長(zhǎng)稍長(zhǎng)的光和紅外線。

現(xiàn)有的串聯(lián)型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，有在硅系太陽(yáng)能電池上層疊鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的例子。此次與這類案例不同，其兩層都是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，分別是在玻璃基板上以涂布技術(shù)制作，再貼合到一起制成串聯(lián)型。

制作的串聯(lián)型太陽(yáng)能電池的截面照片

下面的紅色層面向短波長(zhǎng)光，上面的褐色層面向長(zhǎng)波長(zhǎng)光（攝影：Giles Eperon）

兩層都制成鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的困難在于第二層的制作。此次單層具有14．8％轉(zhuǎn)換效率、主要支持紅外線的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)現(xiàn)，除了使用鉛（Pb）的普通材料外，還采用了錫（Sn）和銫（Cs）。將其用于串聯(lián)型，獲得了20．3％的轉(zhuǎn)換效率。

據(jù)稱，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，尤其是基于Sn的電池存在耐久性非常短等問題，而此次的制作大幅提高了耐久性。該太陽(yáng)能電池在100攝氏度大氣壓環(huán)境下4天的實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了良好的耐久性。

編輯點(diǎn)評(píng)：發(fā)展迅速的鈣鈦礦電池，近幾年來一直是太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的研究熱點(diǎn)。鈣鈦礦技術(shù)具有巨大的潛力，有望在實(shí)現(xiàn)和砷化鎵一樣高的性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)比多晶硅電池還低的制造成本。盡管鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還存在諸多問題，但是近年的技術(shù)進(jìn)展已經(jīng)表明，鈣鈦礦光伏技術(shù)并沒有難以逾越的原理性問題。該串聯(lián)型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池不但效率突破到了一個(gè)新高點(diǎn)，而且提高了鈣鈦礦電池的耐久性，使得鈣鈦礦電池的發(fā)展向前邁進(jìn)了一大步。

NO．8 石墨烯＋光伏 太陽(yáng)能電池雨天發(fā)電不用愁

多年來，工程師和材料學(xué)家在提高太陽(yáng)能電池發(fā)電效率、擴(kuò)大儲(chǔ)電容量上的作為頗多。但是此太陽(yáng)能發(fā)電仍需要天氣的配合，當(dāng)碰到下雨或多云的天氣，太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率也隨之大打折扣。中國(guó)科學(xué)家借助石墨烯成功開發(fā)出一種雨天也能發(fā)電的新型太陽(yáng)能電池。

中國(guó)海洋大學(xué)（青島）與云南師范大學(xué)（昆明）的科研團(tuán)隊(duì)在德國(guó)期刊《應(yīng)用化學(xué)國(guó)際版》上發(fā)布研究報(bào)告詳細(xì)闡述了這項(xiàng)成果，為了使得雨水也能產(chǎn)生電能，研究人員在高效染料敏化太陽(yáng)能電池表面上覆蓋了一層石墨烯薄膜。在遇水的情況下，石墨烯的電子可吸引正電荷離子，即路易斯酸堿電子理論，這一屬性也可用于去除溶液中的鉛離子和有機(jī)染料。

原理圖

該科研團(tuán)隊(duì)受路易斯酸堿電子理論啟發(fā)，使用石墨烯薄膜來從雨水中獲取電能。要知道，雨水并不是毫無雜質(zhì)的純凈水，其中含有能分離成正負(fù)離子的鹽份，其中正電荷離子主要為鈉離子、鈣離子與氨鹽基。為了巧妙利用這些化學(xué)成分，科學(xué)家選用了能夠吸引正離子的石墨烯薄膜，在雨水與石墨烯的接觸點(diǎn)上，這些成分會(huì)被吸附到石墨烯表面，這層帶正電的離子層會(huì)與石墨烯的負(fù)電電子作用結(jié)合，形成一個(gè)電子與正電荷離子組成的雙層結(jié)構(gòu)，能起到電容器一樣儲(chǔ)備電能的效果，雙層間的勢(shì)能差足以產(chǎn)生電壓和電流。

在測(cè)試過程中，科學(xué)家們?cè)谌玖厦艋�太�?yáng)能電池上加了一層石墨烯薄膜，然后把它們放在一種由銦錫氧化物和塑料制成的柔韌且透明的基質(zhì)上，由此形成的柔韌度高的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為6．53％，并能從用來模擬雨水的鹽水中產(chǎn)生數(shù)百的微伏特（microvolt）。

“未來太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨向可能是全天候的�！碧迫何�說，但這一研究尚處于概念階段，距離投入商用還需很長(zhǎng)一段時(shí)間。唐群委還表示，他們未來的研究力度將集中于如何有效控制雨水中的各種離子，以及如何利用雨中那些常見的低濃度離子發(fā)電。

編輯點(diǎn)評(píng)：夢(mèng)幻變成真實(shí)，雨天也能發(fā)電的太陽(yáng)能電池，將打破太陽(yáng)能發(fā)電一直以來的軟肋。在這一點(diǎn)上來說，這項(xiàng)技術(shù)毫無疑問是極具開創(chuàng)性的。未來，這項(xiàng)技術(shù)在雨量充沛但太陽(yáng)能資源不夠豐富的地區(qū)、酸雨多發(fā)地區(qū)、以及島礁供電和海上航行等領(lǐng)域都能派上用場(chǎng)。如果未來該項(xiàng)技術(shù)能得到持續(xù)發(fā)展，光伏電站將擺脫發(fā)電雨天不能發(fā)電的桎梏，為全球帶來穩(wěn)定的供電。