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美科研人員突破太陽能電池效率的上限

發(fā)布時間:2010年10月18日 來源:LED環(huán)球在線

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  雖然研究人員一直在穩(wěn)步提高太陽能電池的發(fā)電量,但他們卻面臨根本的限制,這是因為物理學(xué)涉及到把光子轉(zhuǎn)換為電子,而且是在半導(dǎo)體材料中進行的。現(xiàn)在,美國懷俄明大學(xué)(University of Wyoming)研究人員已證明,采用被稱作量子粒(quantum dots)的新型納米材料,有可能超越這些極限,生產(chǎn)超效能太陽能電池。


  太陽能電池的理論限度離不開數(shù)量上大幅度變化的陽光光子能量。其數(shù)量變化取決于光的顏色。無論接收到的光子多么充滿活力,太陽能電池僅能把一個光子轉(zhuǎn)換成一個電子,而且是以既定數(shù)量的能量。任何多余能量都會散失為熱量。科學(xué)家們假設(shè),量子粒因其不尋常的電子屬性,可以把一些多余能量轉(zhuǎn)換為電子。他們估計,這個方法可以使太陽能電池效率的理論最大值提高大約50%.


  最初測試這個想法是很令人鼓勵的,但沒有結(jié)論。研究人員們無法直接測量多余的電子,因為這些電子存在時間太短暫,無法使它們離開材料進入電路。懷俄明大學(xué)研究人員所取得的關(guān)鍵進步,是改進了量子粒及其所附著的二氧化鈦電極的表面化學(xué),創(chuàng)造了一種強有力的連接,使電子可以逃離量子粒,時間只有短短的萬億分之(trillionths)幾秒。這是第一次,研究者能夠直接測量太陽能電池中多余電子的生產(chǎn)。


  這一進展是很重要的,原因有兩個。首先,它表明,有可能使用多余電子促進產(chǎn)生電流,這是必要的,如果這些電子要在太陽能電池中有任何作用的話。第二,測量表明,量子粒可更有效地產(chǎn)生多余電子,超過一些研究者的想象,對某些波長的光而言,其效果大約是三倍,如果研究結(jié)果準確的話,伊蘭-拉班尼(Eran Rabani)說,他是特拉維夫大學(xué)(Tel Aviv University)化學(xué)教授。然而,這個性能仍不足以制造超效能太陽能電池,他說。布魯斯-帕克孫(Bruce Parkson)是懷俄明大學(xué)化學(xué)教授,領(lǐng)導(dǎo)這項工作,他對此表示同意。“這不是最理想的。這只是第一步,”他說。


  仍然存在兩大障礙,要不這一技術(shù)就可以用來制造超效能太陽能電池。帕克孫使用硫化鉛量子粒和水晶二氧化鈦電極,研究人員們需要嘗試量子粒和電極材料的其它組合,以發(fā)現(xiàn)一些組合,可以把更多光子轉(zhuǎn)換成許多電子。帕克孫說,他的新方法用于制造量子粒太陽能電池,有助于他們直接測試其他一些組合。


  研究人員們還需要提高量子粒太陽能電池所能吸收的光的總量。在實驗電池中,量子粒層太薄,大多數(shù)光線透過都不會被吸收。帕克孫說,下一步可能就是使量子粒附著于一種多孔材料,這種材料具有較大的表面積,這就會使它們有更多的機會吸收光,同時還使電子可以很快逃離。

 


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