物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)科學(xué)家研制出了一種體光伏材料，用其制造的太陽(yáng)能電池板成本低、效率高。40多年來(lái)，科學(xué)家們一直希望能研制出體光伏材料，其除了能利用紫外線(xiàn)的能量外，還能利用可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)的能量，新材料的問(wèn)世終于讓他們?nèi)缭敢詢(xún)敗?/p>
新材料由賓夕法尼亞大學(xué)和德雷克賽爾大學(xué)的科學(xué)家攜手研制而成，其有三大突出優(yōu)勢(shì)。首先，它制造出的太陽(yáng)能電池板比目前占據(jù)市場(chǎng)主流的硅基太陽(yáng)能電池板更薄。第二，其原材料比目前高端薄膜太陽(yáng)能電池所用材料更便宜。第三，這種材料是鐵電材料，這意味著其極性可打開(kāi)也能關(guān)閉，有助于太陽(yáng)能電池材料超越目前光電轉(zhuǎn)化效率的理論限制。
太陽(yáng)能電池板低效的部分原因在于，從太陽(yáng)那兒收集到的粒子進(jìn)入太陽(yáng)能電池后會(huì)四處散落。如果想讓所有粒子都朝一個(gè)方向流動(dòng)，需要多層不同的引導(dǎo)材料，粒子每通過(guò)一層材料都會(huì)損失一點(diǎn)，從而降低了太陽(yáng)能電池的能效。新式材料制成的太陽(yáng)能電池引導(dǎo)層更少，因此能量損失更小;而且，鐵電材料引導(dǎo)粒子所耗費(fèi)的能量也更少。
科學(xué)家們歷時(shí)5年才最終設(shè)計(jì)出這種新式材料，其由鈮酸鉀和鈮酸鋇鎳組合而成的鈣鈦礦晶體構(gòu)成。結(jié)果表明，其性能遠(yuǎn)勝目前的鐵電材料且能吸收6倍多的太陽(yáng)能。研究人員表示，進(jìn)一步完善和調(diào)整該材料的組成將進(jìn)一步提高能效。
德雷克賽爾大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)的喬納森·斯潘尼爾表示：“新材料令人驚奇，因?yàn)槠溆闪畠r(jià)無(wú)毒且含量豐富的元素組成，不像目前高效薄膜太陽(yáng)能電池所使用的復(fù)合半導(dǎo)體材料。”
研究人員使用一套工具證明，新材料能讓能量朝一個(gè)方向移動(dòng)而非在層間交錯(cuò)而行，因此可將能量損失降低到最小。這種能力被稱(chēng)為體光伏效應(yīng)，自從上世紀(jì)70年代就為科學(xué)家們所知，但直到現(xiàn)在，科學(xué)家們只在紫外線(xiàn)內(nèi)觀察到這種效應(yīng)，而其實(shí)，太陽(yáng)光的大多數(shù)能量位于可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)光譜內(nèi)。借助新材料，他們終于在可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)內(nèi)觀察到了這一效應(yīng)。
而且，他們還證明，通過(guò)調(diào)整新材料組成成分的百分比，能減少該材料的能帶隙。斯潘尼爾說(shuō)：“這種材料的能帶隙位于紫外線(xiàn)范圍內(nèi)，但只需增加10%的鈮酸鋇鎳，就會(huì)讓其能帶隙進(jìn)入可見(jiàn)光范圍內(nèi)并接近太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率的理想值。”(劉霞)
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