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通往隐形太阳能电池板的道路

2021/1/19 20:14:28      材料来源:compoundsemiconductor

 
一项由韩国仁川国立大学牵头的研究向大家展示如何制作完全透明的太阳能电池。
 
近几十年来,太阳能电池变得更加廉价、高效且环保。然而,当前的太阳能电池趋于不透明,这阻碍了它们更广泛的应用以及融入日常材料的进度,限制了它们在屋顶和偏远太阳能农场的使用。
 
如果下一代太阳能电池板可以集成到窗户、建筑物,甚至手机屏幕上呢?这是韩国仁川国立大学电气工程系Joondong Kim教授的希望所在。在最近发表在《电源学报》( Journal of Power Sources )的一项研究中,Kim教授和他的同事详细介绍了他们最新的发明:一种完全透明的太阳能电池。Kim说,“透明光伏电池的独特特性可以在人类技术中得到各种应用”。
 
发明透明太阳能电池的理念是众所周知的,但是能够将这种想法付诸实践并创造出新颖应用才是至关重要的。目前,导致太阳能电池不透明的材料是半导体层,即负责捕获光并将其转换为电流的材料。因此,Kim和他的同事寻找到两种潜在的半导体材料,这两种材料的可取特性已被前人所证实。
 
首先是二氧化钛(TiO2),一种已经被广泛用于制造太阳能电池的着名半导体材料。TiO2不仅具有出色的电性能,而且还是一种环保无毒的材料。这种材料吸收紫外线(一部分肉眼不可见的光谱),同时让大部分可见光通过。第二种被考察制造这种结的材料是氧化镍( NiO ),这是另一种已知具有高光学透明性的半导体。由于镍是地球上含量最丰富的元素之一,并且其氧化物可以在较低的工业温度下轻松制造,因此,NiO也是制造环保电池的好材料。
 
研究人员制备的太阳能电池由玻璃基底和金属氧化物电极组成,在其上沉积了薄层半导体(先是TiO2,后是NiO ) ,最后沉积了银纳米线作为电池中的另一电极。他们进行了多次测试,评价器件对光的吸光度和透射率,以及作为太阳能电池的有效性。
 
实验结果令人鼓舞,功率转换效率为2.1 %,考虑到这款电池只针对光谱信号的一小部分,所以这款电池的性能非常好。该电池还具有高响应性,可以在弱光条件下工作。此外,超过57%的可见光透过了电池层,使电池具有透明的外观。在实验的最后部分,研究人员演示了他们的装置是如何向小型电机供电的。
 
Kim指出,虽然这种新型的太阳能电池还处于起步阶段,但我们的研究结果有力地表明,通过优化电池的光电性能,可以进一步提高透明光伏电池的性能。
 
Kim和他的同事已经证明了透明太阳能电池的实用性,他们希望在不久的将来可以进一步提高透明太阳能电池的效率。只有进一步的研究才能判断它们是否会成为现实,但无论出于何种目的,这项新技术都为清洁能源的未来打开了一扇窗户。
 
参考文献:
'Transparent photovoltaic cells and self-powered photodetectors by TiO2/NiO heterojunction'?by?Thanh Tai Nguyen et al;?Journal of Power Sources
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.228865
 
 
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