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未來(lái)用窗戶(hù)玻璃發(fā)電或成可能

2020-05-07 來(lái)源:電氣科技網(wǎng)

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中玻網(wǎng)】太陽(yáng)能發(fā)電可說(shuō)是當(dāng)前受歡迎的可更新能源技術(shù),不少科學(xué)家為了擴(kuò)大太陽(yáng)能板的應(yīng)用與范圍,積較著手研究透明太陽(yáng)能電池,欲將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑物相結(jié)合,讓未來(lái)的樓房都變成虛擬電廠。

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  例如,日本Kaneka研發(fā)的半透明太陽(yáng)能電池已安裝于新國(guó)立競(jìng)技場(chǎng)上方,它由多層網(wǎng)狀玻璃組成,且具有防火功能。于是大家腦洞大開(kāi):如果透明太陽(yáng)能電池研制成功并商業(yè)化,這意味著城市建筑中的玻璃窗都可以被打造成太陽(yáng)能電池面板,甚至是電子閱讀器、平板電腦、智能手機(jī)和智能手表及平板玻璃屏幕都能夠吸收陽(yáng)光延長(zhǎng)續(xù)航。


  據(jù)了解,目前常見(jiàn)的矽晶太陽(yáng)能板顏色為湛藍(lán)色,對(duì)于重視建筑美學(xué)或住家外觀環(huán)境的來(lái)說(shuō),在屋頂放置太陽(yáng)能板薄有微詞。新一代透明太陽(yáng)能板或許能解決這些煩惱,它可以用作建筑物的窗戶(hù)玻璃或天窗,吸收太陽(yáng)光發(fā)電的同時(shí)還能保有光線與正常視野,這種發(fā)明或許將是改變建筑物、發(fā)電與城市面貌的先驅(qū)者。

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  曾有材料科學(xué)家在玻璃中嵌入光吸收薄膜,讓玻璃成功變?yōu)榘l(fā)電設(shè)備,但玻璃面板僅吸收特定波長(zhǎng),玻璃會(huì)自帶紅色或棕色濾鏡,無(wú)法在發(fā)電的同時(shí)滿(mǎn)足光線射入與視野。因此,科學(xué)家們也在尋找新的材料來(lái)制造這種透明的太陽(yáng)能電池,如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽(yáng)能等新型材料。


  由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系聚合物或燃料制成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽(yáng)能電池,由于不需要高耗能真空設(shè)備,制程以溶液涂布印刷為主,因此制造成本相對(duì)低,還具有低耗能、低碳優(yōu)勢(shì);可根據(jù)不同化學(xué)配方與制程,讓太陽(yáng)能玻璃吸收不同波段的光、整透明度,或是制備成可撓模組,不僅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系會(huì)整合汽車(chē)、建筑物,也可以與穿戴式設(shè)備結(jié)合,擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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  不是矽晶與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽(yáng)能結(jié)合,還是鈣鈦礦與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽(yáng)能結(jié)合,近年來(lái)各國(guó)科學(xué)家們都為能開(kāi)發(fā)出可采光、隔熱與發(fā)電的太陽(yáng)能窗戶(hù)而努力著:韓國(guó)蔚山國(guó)立科學(xué)技術(shù)研究院(UNIST)基于矽棒與柔軟的透明聚合物,開(kāi)發(fā)出彈性可伸縮的透明太陽(yáng)能電池,轉(zhuǎn)換效率達(dá)8%,且經(jīng)過(guò)數(shù)10次彎曲測(cè)試后其性能仍可維持95%左右;2017年,美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(NREL)研發(fā)出的半透明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽(yáng)能窗,光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)11.3%。


  近日,澳大利亞蒙納士大學(xué)(Monash University)、聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究籌備(CSIRO)的研究人員,通過(guò)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系聚合物,研發(fā)出了這款便宜又穩(wěn)定的半透明太陽(yáng)能板,轉(zhuǎn)換效率高達(dá)17%,相關(guān)研究成果已發(fā)表于《Nano Energy》雜志。


  目前,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池已發(fā)展成為較具潛力的太陽(yáng)能技術(shù)。由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、體積小、生產(chǎn)成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),在短短數(shù)10年間已能與矽晶太陽(yáng)能電池媲美,其應(yīng)用比堅(jiān)硬、缺乏彈性的矽晶太陽(yáng)能電池更廣。


  據(jù)研究人員介紹,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)為陰較-電子傳輸層-鈣鈦礦的光吸收層(主動(dòng)層)-電洞傳輸層-陽(yáng)較,通常都采用Spiro-OMeTAD材料作為電洞傳輸層。而他們則使用了一種可以制成聚合物的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系半導(dǎo)體,來(lái)代替這一常用的太陽(yáng)能電池材料,由此產(chǎn)生了驚人的效果。


  通常屋頂型太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率介于15%~20%之間,新型半透明的電池轉(zhuǎn)換效率為17%,但仍能透射10%以上的入射光,且每平方米可產(chǎn)生140W電力,兩平方米的太陽(yáng)能窗能產(chǎn)生的電量相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的屋頂太陽(yáng)能板。研究人員表示,這雖然會(huì)增加相應(yīng)的成本,但卻可以省下整棟樓的電費(fèi)。


  據(jù)悉,目前該研究團(tuán)隊(duì)正與澳大利亞玻璃制造商Viridian Glass攜手合作,希望能將該研究成果轉(zhuǎn)化成商業(yè)產(chǎn)品。他們表示,或許這還要花10年才能進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用,但這種技術(shù)可提供新的創(chuàng)新與機(jī)會(huì)卻是不容置疑的。


  雖然,截至目前有關(guān)透明太陽(yáng)能電池的研究已不在少數(shù),但至今卻仍未有跨入商業(yè)化應(yīng)用的案例,究其原因:光電轉(zhuǎn)換效率往往比較低,造價(jià)相對(duì)較高;沒(méi)有先例裝置記錄可供參考,需要搞清楚如何閉合各個(gè)窗戶(hù)太陽(yáng)能的電源、維護(hù)運(yùn)營(yíng)方式、逆變器設(shè)備等實(shí)際問(wèn)題等;需要前期投入資金以建立規(guī)模生產(chǎn)等。可見(jiàn),透明太陽(yáng)能電池距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍有一段較遠(yuǎn)的距離。


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