太陽(yáng)能行業(yè)即將迎來(lái)一場(chǎng)革命，而科學(xué)家們正在競(jìng)相研發(fā)一種新型太陽(yáng)能電池，此種電池采用的材料能夠使其比現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池板更高效地轉(zhuǎn)換電能。

據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校（University of Colorado Boulder）的一位研究人員與國(guó)際合作伙伴公布了一種制造新型太陽(yáng)能電池（即鈣鈦礦電池）的創(chuàng)新方法，將對(duì)實(shí)現(xiàn)下一代太陽(yáng)能技術(shù)的商業(yè)化起到至關(guān)重要的作用。

太陽(yáng)能電池板（圖片來(lái)源：科羅拉多大學(xué)博爾德分校）

如今，幾乎所有的太陽(yáng)能電池板都由硅制成，其效率達(dá)22%，意味著硅太陽(yáng)能電池板只能將大約五分之一的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，因?yàn)榇朔N材料只能吸取有限比例的陽(yáng)光波長(zhǎng)。此外，生產(chǎn)硅成本高，且屬于能源密集型產(chǎn)業(yè)。而合成半導(dǎo)體材料鈣鈦礦與硅相比，可以以較低的生產(chǎn)成本，轉(zhuǎn)化更多的太陽(yáng)能。

科羅拉多大學(xué)博爾德分?；瘜W(xué)與生物工程系教授兼可再生&可持續(xù)能源研究所研究員Michael McGehee表示：“鈣鈦礦可能可以改變現(xiàn)有的游戲規(guī)則?！?/p>

科學(xué)家們將鈣鈦礦電池堆疊在傳統(tǒng)的硅電池頂部，制成串聯(lián)電池，以對(duì)鈣鈦礦電池進(jìn)行測(cè)試。將硅與鈣鈦礦兩種材料分層，每種材料吸收太陽(yáng)光譜內(nèi)的不同部分，可以將太陽(yáng)能電池板的效率提高50%以上。

McGehee教授表示：“電氣化發(fā)展如火如荼，越來(lái)越多的汽車在使用電力。我們希望讓更多燃煤電廠退役，最終淘汰天然氣電廠。如果你相信我們可以實(shí)現(xiàn)完全可再生的未來(lái)，那么風(fēng)能和太陽(yáng)能市場(chǎng)需要在目前的基礎(chǔ)上擴(kuò)大5至10倍?！?/p>

他表示：要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該行業(yè)就必須提高太陽(yáng)能電池的效率。

影響鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是將半導(dǎo)體涂覆到玻璃板上的過(guò)程，而玻璃板是太陽(yáng)能電池板的組成部分。目前，涂覆過(guò)程需要在充滿無(wú)反應(yīng)氣體（如氮?dú)猓┑男『凶又羞M(jìn)行，以防止鈣鈦礦與氧發(fā)生反應(yīng)，從而降低其性能。

McGehee表示：“這在研究階段是沒(méi)問(wèn)題的，但是當(dāng)你開(kāi)始在充滿氮?dú)獾暮凶又型笃Ａ贤扛舶雽?dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體會(huì)變得越來(lái)越硬。”

McGehee及其合作伙伴開(kāi)始尋找一種方法，以防止與此種氣體發(fā)生有害反應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)，在涂覆半導(dǎo)體之前，向鈣鈦礦溶液中加入甲酸二甲基胺（DMAFo），可以防止材料氧化。

該發(fā)現(xiàn)使得可以在小盒子外部，在周圍空氣中進(jìn)行半導(dǎo)體涂覆。實(shí)驗(yàn)表明，采用DMAFo制成的鈣鈦礦電池本身的效率就可達(dá)到近25%，而現(xiàn)有的鈣鈦礦電池的效率可達(dá)26%，效率相當(dāng)。

添加劑還提升了電池的穩(wěn)定性

商用硅太陽(yáng)能電池板通常在25年后仍能保持至少85%的性能，每年大約損失1%的效率。然而，鈣鈦礦電池的反應(yīng)性更強(qiáng)，在空氣中的降解更快。該項(xiàng)新研究表明，在研究人員將由DMAFo制成的鈣鈦礦電池暴露在模擬太陽(yáng)光的LED燈下700小時(shí)后，其效率仍保持在90%。相比之下，不含DMAFo制成的電池僅在300個(gè)小時(shí)后就會(huì)迅速降解。

McGehee指出，雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常鼓舞人心，但是一年有8000個(gè)小時(shí)的時(shí)間。所以，仍需更長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試來(lái)確定此類電池如何在一段時(shí)間內(nèi)保持效率。

McGehee表示：“現(xiàn)在說(shuō)此類電池與硅太陽(yáng)能電池板一樣穩(wěn)定還為時(shí)過(guò)早，但是我們正朝著這個(gè)方向前進(jìn)?！?/p>

該研究讓鈣鈦礦電池離實(shí)現(xiàn)商業(yè)化又近了一步。與此同時(shí)，McGehee的團(tuán)隊(duì)正在積極研發(fā)串聯(lián)電池，其實(shí)際效率超30%，而且工作壽命與硅電池板相同。該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是打造出比傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池板更高效的串聯(lián)電池，而且此類電池在25年的時(shí)間里都保持穩(wěn)定。

此類串聯(lián)電池具有更高效率，且可能價(jià)格會(huì)更低，因此可能比現(xiàn)有硅太陽(yáng)能電池板的應(yīng)用圍更廣，包括可能安裝在電動(dòng)汽車的車頂上，讓停放在太陽(yáng)底下的汽車每天增加15至25英里的續(xù)航里程，足以滿足很多人的日常通勤需求。此外，無(wú)人機(jī)和帆船也可采用此類電池板提供動(dòng)力。

McGehee表示，經(jīng)過(guò)對(duì)鈣鈦礦數(shù)十年的研究，工程師們已經(jīng)打造出與硅太陽(yáng)能電池一樣高效的鈣鈦礦電池，而硅電池是70年前發(fā)明出來(lái)的?！拔覀冋趯⑩}鈦礦研究推向終點(diǎn)線，如果串聯(lián)電池運(yùn)行良好，它們肯定有潛力主導(dǎo)市場(chǎng)，并且成為下一代太陽(yáng)能電池。