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研究人员探讨有机太阳能电池板的发展前景

时间:2020-10-20 19:09:37 来源:本站 作者:
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  目前的太阳能发电设备主要使用硅基太阳能电池板,但这些电池板坚硬笨重,可能会被塑料太阳能电池板替代,后者轻巧灵活,可印刷粘贴在建筑物上,或置于窗户或汽车上,将光转化为电能。



 图片来源:techxplore

标准太阳能电池板由晶体硅制成,因其每平方米重20至30公斤,无法轻松地安装在建筑物的屋顶或立面上。然而,与硅光伏电池板相比,还有一种更灵活的替代品。 

据外媒报道,欧洲研究人员正在研究有机光伏OPV技术,简单地说就是含碳分子。OPV可以被视为塑料太阳能电池,比硅基太阳能电池板更有优势。美国普林斯顿大学Princeton University理论物理学家Francesca Fassioli博士表示:“它们的制造工艺可能会更便宜,重量更轻,结构灵活,并且原则上可以更加环保。” 

塑料太阳能电池板的重量约为每平方米500克,比硅电池板轻40倍以上。塑料电池板可以安装在建筑物正面,也可以置于建筑物屋顶上,这些屋顶可能难以安全支撑标准太阳能电池板。塑料太阳能电池比硅太阳能电池薄得多,可节省大量材料,更易于制造。法国阿尔莫公司Armor的研发和创新经理Damien Hau表示:“硅技术和OPV之间的主要区别在于,我们能够将其作为薄膜印刷或涂覆在某物上。” 

该公司去年推出的首批此类产品之一,已安装在南特附近的商业温室,用于遮阳和发电。阿尔莫最近收购了德国Opvius公司,后者专门设计可用于建筑装饰的塑料太阳能电池板。有机光伏可以只有几毫米厚,可以放在塑料聚酯膜上。阿尔莫公司推出可以安装在窗玻璃内的薄半透明有机光伏,这样办公室的窗户就可以滤掉一些阳光,同时将其转化为电能。 

塑料太阳能电池板是一项新技术,欧洲公司将其作为一种替代方案来推动。今天,世界上几乎90%的光伏电池板都由晶体硅制成,这是已经在市场上运转几十年的成熟技术,通常能将18-22%的太阳能转化为电能。相比之下,有机光伏电池板是一项较新的技术,其缺点是效率较低,生产成本较高。 

阿尔莫公司主导了价值600万欧元的新研究项目BOOSTER,全力解决这两个问题。该联盟将致力于开发最佳的捕光分子,目前在实验室中可以达到17%的效率。标准电池板每平方米可产生150到200W的电力,而商业OPV每平方米产生40W,BOOSTER项目的目标是达到150W。 

该项目还将致力于降低塑料太阳能电池板的生产成本。例如,作为一种有机材料,塑料太阳能电池板需要屏蔽紫外线辐射,其目前使用的薄膜较为昂贵,这没有必要。Hau表示:“对于OPV技术,我们并不需要达到同等质量。” 专门为塑料太阳能电池板设计的新薄膜可能便宜得多,但仍能起到作用。 

该项目财团由若干公司和学术合作伙伴组成,他们将制作两个演示产品。首先是可以贴在门、地板、汽车或屋顶上的粘贴式太阳能电池板。Hau说:“这是为了证明还有另一种制造太阳能电池板的方法”。这种粘性集光材料将安装在意大利能源公司埃尼集团ENI的总部。第二个演示产品是将塑料太阳能电池板附着在纺织品上,这种纺织品通常用于覆盖正在翻新的建筑。 

推动太阳能发展

除了此项研究,其他科学家也致力于推动太阳能发展,如理论物理学家Fassioli博士。在QuESt项目中,Fassioli博士将不会研究太阳能电池板原型,而是探讨有机分子如何与光相互作用的基本原理,以提高有机太阳能电池的电力转换效率。Fassioli博士表示:“这不是在创造新的分子,而是如何以更聪明的方式使用典型分子。”

简而言之,在太阳能电池板中,光被分子吸收,分子被激发并释放电子,从而产生电流。Fassioli博士研究光共振腔如何捕获光粒子。光共振腔基本由两个微镜组成,用于捕获光粒子。如果将一种材料放入腔内,光子会在材料和共振腔之间不断交换,从而产生新的混合态。 

这种奇怪的混合体被称为偏振子,由光和物质组成。“这种混合状态可能涉及数千或数百万个分子,因此这些分子不再是独立的,但它们通过结合光共振腔中的光而变得同步。”Fassioli博士称,“我们认为,可以利用这种激发分子的同步集体行为,来提高光伏发电的效率。” 

Fassioli博士指出:“这是一种自下而上的方法,有助于理解改变有机太阳能电池特性的机制,但不能立即投入商用。”人们希望,这项工作将在未来几年推动有机太阳能电池发展,将更多的太阳光转化为电能。

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