中国研发可折叠弯曲的太阳能电池 太阳能应用愈加广泛
2016-03-19 23:53:00   来源:新华网
内容摘要
中国科学技术大学设计出一种可在近红外区域进行光电转换且具有力学柔性的太阳能电池。一直以来,中国都是大力支持太阳能发电事业发展。“太阳能的高效利用”成为太阳能产业专业人士一生钻研的学术命题。

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太阳能利用是解决当前能源和环境问题的有效途径之一,在各种能源转化形式中,电能具有使用清洁方便、易于储存及输送等优势,因此光电转换已成为一种主要的太阳能利用方式。

但目前大多数太阳能电池都是针对可见光进行吸收,占太阳光52%的近红外光并没有得到高效利用。因此,增强在近红外区域的太阳光吸收和利用,成了一个关键科学问题。

来自中国科学技术大学的消息称,熊宇杰教授课题组基于应用广泛的半导体硅材料,采用金属纳米结构的热电子注入方法,设计出一种可在近红外区域进行光电转换且具有力学柔性的太阳能电池。国际重要的化学期刊《德国应用化学》,将这项创新性研究成果列为“非常重要论文”在线发表。

专家认为,该成果有望用于发展智能温控型太阳能电池及可穿戴太阳能电池。

针对该问题,熊宇杰课题组创造性地将具有近红外光吸收性能的银纳米片与硅纳米线集成在一起,构筑了两种不同的光伏器件,在近红外光照下,银纳米片产生的热电子可以直接注入硅半导体中,近红外光区光电转换效率提高了59%。

传统的无机光电器件(即太阳能电池)必须加工成坚硬的板块状物件,这限制了日常应用。而柔性器件重量轻,并且可以折叠、卷曲、粘贴在曲面上,如汽车玻璃、屋顶、衣服等。熊宇杰课题组对商用硅片进行纳米化处理,制造出了具有力学柔性的近红外太阳能电池。


中国首批太阳能辅助公交即将运行

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利用太阳能除了可以使新能源客车的续驶里程更长,还有一大优势,那就是环保。电动公交车使用的电力虽然环保,但是这些电仍然是燃烧煤炭制造的,燃烧煤炭会污染环境,而且煤炭是不可再生资源,总有一天会被用尽,到那时电动公交车也无法发展。

联孚集团是新型高科技产业集团,从2007年开始就致力于新能源汽车整车以及核心零部件的研发与制造。环境保护、绿色出行是我国的发展趋势,可以预见,未来更加环保的新能源车型将大量应用于公交系统中。联孚集团研发新能源车型的最终目的就是,希望通过技术创新和应用真正实现绿色出行。

太阳能是无污染、可再生,甚至可以说是取之不尽的资源。联孚集团率先将太阳能利用在公交车上,设计出中国第一款以太阳能为辅助动力的新能源客车产品。这款产品的技术非常成熟,8年间经过了大量的试验,不但有龙华客车自身的试验,还接受了中国检测中心的技术检测,以及百万公里的实车路试。太阳能辅助充电可以减少新能源客车的工业充电,即减少煤电的消耗,更加环保。这种车型的推广会为我国的节能减排带来更大促进作用。

常州公交集团副总经理朱向军表示:“这次采购的龙华汽车以太阳能为辅助能源的‘电电气’新能源公交车,将用在常州快速公交线的支线上。目前,常州快速公交线上的客流量占公交客流总量的近三分之一,即日均客流量约为30万人次。这批龙华新能源公交车的运行,将对常州公交系统节能减排产生很大帮助,并对常州的绿色发展起到推动作用。”


中国强力支持 太阳能市场无限潜力

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时代的发展需要科技,只要科技能造福人类,那么这一事业必将得到大力支持。一直以来,中国对太阳能发电事业都是大力支持其发展的,自太阳能产业被众多学者推上了科技发展的舞台,面世以来,中国很多相关专业人士以及精英分子对这一事业相当看好,众所周知的是中国一直以来都有实施了鼓励开发政策,屈指一数,其实施的政策数不胜数。中国的支持是太阳能事业蓬勃发展的一大助力,成了太阳能事业大力发展的政治条件。而且,在科技讲求创新的21世纪,“太阳能的高效利用”成了太阳能产业专业人士一生钻研的学术命题。当然,随着科技的不断创新,很多专攻太阳能产业的品牌在同行人眼中,他们的实力足可傲人,其中就有2015年在太阳能行业中抬头的北京科农环宇机械技术研究院旗下的和平阳光发电太阳能品牌。

一个新兴科技产品的面世,势必会引起一场来自金融市场的热潮。光纤的发展如是,太阳能产品的发展亦如是。自太阳能可利用的理念融入了科研的成果,很多太阳能产品品牌紧随这一声浪拔地而起,太阳能产业的管理层凭借中国的大力鼓励支持政策,借势发展自身产业。和平阳光多功能太阳能发电在科研上的投入也是相当大,它时刻关注科技发展方向,敏锐的捕捉到新能源的发展动向,其科研人员时刻进行着产品与科技的不断交融,为品牌研发出一系列太阳能多功能产品。凭借其自身拥有的一支强大的科研技术专业团队,它借鉴国际节能环保先进经验并着眼于国际同行业的尖端科技,不断更新和升级自身产品,让自己的产品时刻走在科技的最前沿。

北京科农环宇机械技术研究院敏锐捕捉到太阳能市场的新动向,一直致力于新能源的开发、和平阳光专注于太阳能相关联的吸光材料、挡光材料、保温材料、反光材料的研发,专业人员精心设计,经过各种严格检测后方允许生产和销售。以北京科农环宇机械技术研究院为基地研发中心的和平阳光多功能太阳能发电,其“和平阳光太阳能系列产品”是和平阳光企业的重点推广品牌产品,其本身拥有的专业精湛的太阳能利用技术优势,又在中国政策的大力支持下,通过自身和各个与太阳能相关专科人士的不懈努力下,成功研发出了多款升级换代的太阳能系列产品,在2015年就以大批量的优质太阳能系列产品占据了太阳能市场,是目前家用发电中最具优势的品牌产业。

和平阳光发电太阳能的科技含量、制作工艺、使用效果,得到了业内人士的高度认可,一经推出便引起消费者的热情抢购。就拿和平阳光太阳能热水器来说,现已是被广大消费群众购置在家中使用。其拥有的多项专利技术,以及备受消费者认同的——“和平阳光太阳能系列新产品”,是当代成为新能源开发技术应用的典范之作。


三大类薄膜太阳能电池最新研究进展

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随着不可再生能源减少,环境污染日益严重,人们逐渐加大了对可再生能源的需求。太阳能属于可再生能源的一种,具有资源丰富、环保清洁的优势,使得太阳能电池研究成为重点。而薄膜太阳能电池以其生产成本低、轻型化、耗材少、弱光响应良好等特点倍受研究者关注,其中主要有硅基类、化合物类以及染料敏化三种薄膜太阳能电池。接下来本文将对这三种薄膜太阳能电池的特点进行综合评述,并对其发展前景进行展望。


一、硅基类薄膜太阳能电池

硅基类薄膜太阳能电池根据材料具体可以分为非晶硅、多晶硅以及微晶硅薄膜太阳能电池。其中,非晶硅薄膜太阳能电池因以玻璃、不锈钢等为衬底而研制出来的,所以被认为是现阶段环保性能最好的电池。它的研究开始于1976年,随后在全世界范围内引起了重要影响。

非晶硅薄膜太阳能电池具有质量轻,光吸收好,耐高温等特点,其中,Villar.F等通过HWCVD方法制备了效率为4.6%的非晶硅薄膜电池;日本三菱重工也研制出面积达到1.4米*1.1米、效率为8%的高效太阳能电池;现阶段,非晶硅薄膜太阳能光电效率最高可达9.5%。中国对其进行研究则开始于上世纪八十年代,研制出面积分别为0.01米*0.01米与0.3米*0.3米的单结非晶硅薄膜太阳能电池。但非晶硅材料也存在一些不足,如转换效率低、光照稳定性差等,经研究发现可通过采用多带隙多结叠层、减少i层厚度以及减少光反射率等方法,来提高了光照稳定性及转换效率。

多晶硅薄膜太阳能电池不仅具有晶体硅太阳能电池的高效率及稳定性,而且具有材料用量少,生产成本低的优势。日本Kaneka公司利用PECVD工艺在玻璃基板上制备了厚约2μm的p-i-n型多晶硅太阳能电池,效率为12%;日本京工陶瓷公司在后来研制出面积为0.15米*0.15米的电池,效率达到17%。中国对其研究开始于 1996年,效率目前达到了13.6%。

微晶硅薄膜太阳能电池具有制备工艺与非晶硅薄膜电池兼容、光谱响应宽及基本没有光致衰退的特点。 1994年Meier等通过VHFPECVD工艺研制出厚约1.7μm、面积约0.25cm2的微晶硅电池,效率达到4.6%。中国南开大学通过VHF-PECVD技术,研制出沉积速率为1.2nm/s的电池,效率可达6.3%。但目前微晶硅薄膜太阳能电池的沉积速率较低,因此需要作进一步研究。


二、化合物类薄膜太阳能电池

化合物半导体材料大多为直接带隙,而且禁带宽度大,因此采用化合物制备的薄膜太阳能电池具有光吸收系数大、抗辐射性能良好以及温度系数小等特点。化合物类薄膜太阳能电池主要包括砷化镓、碲化镉以及铜铟硒三种薄膜太阳能电池。其中以铜铟硒薄膜太阳能电池最具代表性,对其研究开始于上世纪70年代,波音公司通过真空蒸发研制出铜铟硒薄膜太阳能电池,效率达到9%。研究发现,往铜铟硒薄膜太阳能电池里掺入镓、硫等材料,能调节禁带宽度,从而提高转换效率。美国NREL基于三步共蒸发法,获得了19.9%的效率,并一直保持世界纪录;直到2010年,德国ZSW基于蒸发法,将效率提高到20.3%。中国南开大学通过蒸发硒化法也获得了14%的效率。但是,所用的铟和硒均是稀有元素,难以满足大规模生产,因此寻找廉价的替代元素成为了研究热点。


三、染料敏化薄膜太阳能电池

染料敏化薄膜太阳能电池是模仿光合作用所研制出的光电化学电池,具有成本低、工艺简单、质量轻及效率高等特点。1991年,M.Grtzel的研究小组研制出了效率为7.1%的染料敏化电池;在2005年,M.Grtzel等人又将效率提高到12.3%。中国在染料敏化薄膜太阳能电池上的研究也已接近世界先进水平,小面积电池效率为 11%,同时,长春应化所开发出的C101染料可获得9%的效率。但是在转换效率、耐久性及稳定性方面还有很大的发展空间,因此,寻找低成本、性能好的染料仍然为当前研究重点。(如需转载,请注明来源自科技世界网)


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