五大极具发展潜力的太阳能创新技术突破

科技日报 2024-10-19

太阳能光伏发电是全球绿色转型的“生力军”。尽管太阳能电池板已“飞入寻常百姓家”，但它们并非尽善尽美。为此，科学家还在孜孜不倦探索新技术，力求使其更高效、更可靠。美国the cool down网站在近日的报道中，列出了研究人员今年取得的五大极具发展潜力的太阳能创新技术突破。

硒化锑和钙钛矿串联太阳能电池，效率超过20%。（图片来源：每日科技网）

钙钛矿电池：稳定耐用性增加

钙钛矿太阳能电池，曾被《科学》杂志评为2013年十大突破之一，更被视为下一代光伏技术的璀璨明星，其受关注程度与日俱增。

钙钛矿是一组与矿物质钙钛氧化物拥有相同原子排列（晶体结构）的材料，在太阳能电池中展现出独特的潜力。相比传统硅基太阳能电池，钙钛矿太阳能电池不仅成本更低，而且更加柔韧。它还能制成透光、半透明的光伏组件，广泛应用到建筑窗户上。但钙钛矿也有一个致命缺陷：在自然状态下，它会很快降解。

今年1月传来喜讯，美国密歇根大学团队发现，通过“修复缺陷”，即向钙钛矿电池中添加各种分子，会显著提升钙钛矿太阳能电池板的稳定性和耐用性。相关论文发表于《物质》杂志。

这一突破的关键在于巧妙使用添加剂，以抵消钙钛矿晶体结构内阻碍电子运动并加速降解的缺陷，研究团队对不同尺寸、重量和配置的添加剂进行了深入评估，以探究它们对钙钛矿太阳能电池耐用性的影响。结果显示，质量较大的分子在预防缺陷形成方面表现更佳，且分子越宽，效果越显著。研究团队表示，这一创新有望大幅降低太阳能电池板的成本。

可拉伸有机太阳能电池。（图片来源：the cool down网）

印制电池：规模生产能效高

今年3月，英国剑桥大学、澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）等机构科学家组成的国际团队经多年研究，创下卷对卷印制钙钛矿太阳能电池光电转化效率新纪录，相关论文发表于《自然·通讯》杂志。

研究负责人之一、CSIRO首席研究科学家度晶·瓦克博士认为，传统硅基太阳能电池板既坚硬又笨重，印制太阳能电池能效高、成本低。但在保持太阳能电池光电转化效率的同时扩大生产规模，一直是印制太阳能电池技术的“拦路虎”，此前问世的印制柔性太阳能电池板的光电转化效率仅1%—2%。他们借助全新卷对卷印制技术，得到的柔性太阳能电池实现了高达15.5%的创纪录能源转化效率。

研究团队表示，这些电池非常轻便且柔韧，便于携带，有望在城市建设、国防、太空和个人电子产品等领域“大显身手”。

可卷对卷印制的柔性太阳能电池。（图片来源：CSIRO网）

有机电池：可穿戴设备“好搭档”

随着可穿戴设备逐渐融入人们日常生活，从智能手环到健康监测设备，再到未来可能出现的各种新奇产品，不断推动着人们生活方式的变革。但如火如荼的繁华背后，电源问题一直是制约可穿戴设备发展的关键因素之一，一种有机太阳能电池似乎提供了新的解决方案。

今年年初，韩国科学技术院科学家在《焦耳》杂志刊发论文称，他们研发出一种新型有机聚合物材料，具有很高的光伏特性，能像橡胶一样拉伸。在这种聚合物的基础上，他们研制出一款可拉伸的有机太阳能电池。新电池的最大特点是，即使拉伸超过其原始状态40%，光电转换效率依然能够保持19%，使其成为服装或可穿戴设备的“好搭档”。

研究团队表示，该电池还具有出色的耐用性和稳定性，能长时间为可穿戴设备提供稳定可靠的电力支持。由于电池采用了有机材料，在生产和使用过程中产生的环境污染较小，具有环保优势。

串联电池：光电转化率提升

目前的太阳能电池板大部分是单层，且大部分光电转化效率已经超过20%。中国科技大学陈涛教授等人今年3月在《能源材料与器件》杂志刊发论文指出，他们的一项新研究表明，串联（双层）太阳能电池也能具有很好的光电转化效率。

他们研制出的电池顶层由钙钛矿制成，底层由硒化锑制成，整个电池实现了20.58%的光电转换效率。硒化锑是一种极好的无机吸光材料，毒性相对较低。

陈涛表示，硒化锑的高稳定性为制备串联太阳能电池提供了极大便利，它与多种不同类型的顶部电池材料配对，都可能获得良好效果。

美国可再生能源实验室指出，2009年，串联太阳能电池的光电转化效率仅3%，目前已20%以上。有不少科学家正在开发叠层太阳能电池，测试其他底层材料，以提升其效率。

电池板：最大限度吸收阳光

当其他科学家致力于寻找提高太阳能电池光电转化效率的新方法时，英国剑桥卡文迪什实验室和阿姆斯特丹AMOLF公司的科学家另辟蹊径。

今年3月份，他们在《焦耳》杂志刊发论文称，可以通过让太阳能电池板更适应周围环境，来提高其光电转化效率。具体途径包括让太阳能电池板弯曲、折叠或半透明，以便更好地融入周围环境。此外，研究人员还建议对太阳能捕获装置进行图案化处理，以最大限度地吸收阳光。

本文内容来源于科技日报，责任编辑：胡静，审核人：李峥