彩色塑料 双倍提升太阳能电池能源输出量 降低成本
2013-12-04 11:01:00   来源:MIT Technology reviews
内容摘要
伊利诺斯大学乌尔班纳分校的研究人员研制出一种彩色塑料太阳能电池,这种电池不仅成本低廉,而且能够大大提升太阳能电池输出量。


彩色塑料 双倍提升太阳能电池能源输出量 降低成本科技世界网      最新的研究显示一小薄片染色塑料能降低太阳能成本,尤其适用于需要高效,柔韧性太阳能电池供电的设备。

      伊利诺斯大学乌尔班纳分校的研究人员采用染色塑料收集光线,并将其集中到一块安装在实验装置的砷化镓太阳能电池上。

      到目前为止,研究人员对单块电池工作进行了实验,但是他们决定要在一块更大的塑料板上安装许多微小的太阳能电池上实验。这种方法会产生两种结果,一是利用更小的太阳能板就能产生更多的电力,二是光伏材料的需求量减少,降低太阳能电池板的成本。

      当光线照射到塑料板上,上面的特选染料就会吸收光线。它是一种冷光染料,意思就是在吸收光线后仍能将其保存起来。因为光线大部分都被困在塑料板内,所以光线在接触到太阳能电池之前会在塑料内来回反射,基本上与在光纤内引导光线的原理差不多。但是染料仅能吸收部分太阳光谱,因此为了进一步提高能量输出,研究人员添加了染料无法吸收的反射材料。

     该研究小组还发明出一种能与这种方法共同使用的革新技术,这种革新技术能将电池制成具有柔韧性,延展性的电池,即使在起伏不平的表面也可以使用。

       具有柔韧性的太阳能电池板可用于军事,例如将太阳能电池卷成薄片安装在士兵的头盔中,可以起到为电子装置供电的作用。可折叠的的太阳能电池非常适合机翼和小型无人机供电使用,可以大大延长飞行时间。而且该项技术还可以用于给平板电脑和其他便携电子产品进行充电。

       另外,还有其他几种集中光线,管理和降低所需太阳能电池材料数量的方法。Rogers的研究小组之前成立了一家名为Semprius的公司,该公司的设备能集中光线1,600次,而染色塑料板仅能集中10次。但是用于集中光线的集中器的体积非常大,而且需要利用追踪系统不断调整方向,使其始终指向太阳。该系统将有可能为电网提供低成本的太阳能电力,但是太阳能头盔和为平板电脑充电的想法目前还无法实现。相反,染色塑料不仅薄,而且质地轻,还能吸收不同角度的光线,这样太阳追踪系统就变得毫无用处了。

 

“塑料”太阳能电池有望商用

瑞士电子与微技术中心(CSEM)巴西公司日前宣布,他们在“塑料”太阳能电池研究上获得突破,以有机聚合体替代单晶硅制造太阳能电池的技术已进入商业开发阶段。

所谓“塑料”太阳能电池,就是将可发生光电效应的有机聚合体薄膜,印在碳基板上并连接成为电池组。与传统单晶硅太阳能电池相比,“塑料”太阳能电池具有轻巧、廉价的显著特点,并且生产过程中污染较小。

据“美洲大地”网站报道,虽然欧美国家已开发出类似技术,但发电功率小,只适用于给手机等小型电器供电。CSEM巴西公司技术人员表示,他们的新技术可制造较大面积的“塑料”太阳能电池板,以满足普通家庭用电需求。如果在建筑顶棚等开阔空间安装这种太阳能电池板,发电规模将非常可观。因为涉及商业机密,公司拒绝透露有关技术细节。

CSEM巴西公司称,“塑料”太阳能电池的成本远远低于传统的太阳能电池,因而已投入到商业开发阶段,同时希望引进私人企业的参与和投资。

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ICFO研制出几乎透明的柔性有机太阳能电池

非盈利光子科学研究所(ICFO)的研究人员们,已经创造出了一种新式设计的有机太阳能电池,在保持高效率的同时还兼顾了柔韧、薄、以及几乎完全透明。放在一起的话,它绝对是建筑一体化光伏发电项目的首选。有机太阳能电池(OPVs),又称塑料太阳能电池,是采用有机导电聚合物来收集太阳能的一种电池类型。

新式半透明塑料太阳能电池的设计,或许为建筑一体化光伏发电迈出了重要的一步。虽然它们的效率和每瓦特成本与标准的硅电池没有可比性,但是它自有独到的地方——更轻、更灵活、更适合间接吸收太阳光。

当有机太阳能电池(OPVs)达到最高效率的时候,它们就是不透明的,但是科学家们也能够选择牺牲效率来实现半透明(通过将金属电极稀释到只有几纳米的方式)。

现在,ICFO的研究人员已宣布,他们能够打造一个与普通玻璃几乎没有区别的有机太阳能电池,但是效率却接近于不透明的有机电池——通过在面板内部整入光晶体,以增强其对红外和紫外光的吸收——5.6%的效率也差不多是此类太阳能电池的一半了。

ICFO表示这种太阳能电池特别适用于光伏一体化建筑,并且没有太多的限制。除了几乎透明,它还可以应用到曲面上,颜色也可以通过改变光子晶体的配置进行调节。

目前研究人员正在致力于提高其性能、寿命、以及稳定性。这项研究的领导人(Jordi Martorell教授)表示,"我们预计在中期达到极高的效率和透明度,以迎合显示器、平板电脑和智能手机等设备的需求"。

研究论文发表在《自然光子学》(Nature Photonics)期刊上。

 

用树木做环保太阳能电池

美国佐治亚理工学院和马里兰大学的研究人员声称他们已经研发了一款百分百“绿色”的电池——用树木做成的超级环保太阳能电池,这款电池是“用不完”的。

一颗废弃的电池能污染多少土地?多少水?

如果一节一号电池在地里腐烂,有毒物质能使一平方米的土地失去使用价值,而把一粒纽扣电池扔进水里,它其中所含的有毒物质会造成60万升水体的污染,相当于一个人一生的用水量。何时我们才可以摒弃这些坑爹的电池?

近日,美国佐治亚理工学院和马里兰大学的研究人员声称他们已经研发了一款百分百“绿色”的电池,这和我们常见的太阳能电池并不是一回事——用树木做成的超级环保太阳能电池,这款电池是“用不完”的。

事实上,常规的太阳能电池还不够环保。佐治亚理工学院有机光子学和电子技术中心的负责人Bernard Kippelen解释称,常规的太阳能电池虽然能利用太阳光能发电生产清洁能源,但电池本身是不能回收再利用的,人类只是在减少了对化石燃料的依赖,但同时消耗着其他资源,在这款革命性的电池诞生之前,这和拆了东墙补西墙没什么区别。

普通电池中含有镉、铅、汞等重金属,其废旧电池中的重金属正是带来污染的元凶。研究人员认为,要彻底改变电池污染环境的问题,必须换掉电能的载体,既然太阳能电池的工作原理和植物光合作用类似,那为什么不可以直接用植物纤维制作电池?彩色塑料双倍提升太阳能电池能源输出量

经过上千种材料的筛选后,研究人员研发了一种植物纤维纳米晶体,只需要把构成太阳能电池的有机物装入这种结构中就能形成简单的植物电池。由于这也是一种有生物降解功能的材料,电池能够在温水中自行溶解。“生产的材料是植物本身,这里有取之不尽的光能有机物,电池使用后也可以自行分解,百分百环保,这才是真正的绿色科技。”研究人员自豪地表示。

目前,这种新型电池能将接收到植物光能的2.7%转化为太阳能电能,转化率在有机材料中名列前茅,不过还远不及常规太阳能电池(在所有种类的太阳能电池中,光电转换效率最高的是单晶硅,达到24%)。除了转化率不及常规太阳能电池之外,这种新型太阳能电池面临的另一个问题是对环境的适应能力,由于这些新型电池的原材料是可降解的,很可能一场大雨就能将电池产品彻底毁掉。对此,马里兰大学的研究人员在电池的环境适应能力问题上下了功夫。研究人员利用纳米技术,从黄松中取材,在木纤维上涂了一层锡膜,并使用钠代替常规电池中的锂,这样生产出的电池比纸张薄,也能起到一定程度的“防水”功能,从而增加电池对环境适应能力。

事实上,假如这些新型的电池能够正式投入生产线,它还将改善工人们的身体健康。常规的太阳能电池尤其是光电转化效率最高的单晶硅太阳能电池,在生产过程中有一部分硅会以氯硅气体化合物的形式作为废料排出,污染空气,经常接触硅的工人也容易患上“矽肺”这种职业病,而这种用树木做成的太阳能电池,工人们完全不必担心污染问题。然而,什么时候才能拿到这块木头电池?研发人员表示,他们的下一个目标是将转化率提高到两位数,假如研究进展顺利,5年内这种电池就能被正式推出市场。

 

“小分子”有机太阳能电池效率将提高50%

美国科学家发现,通过简单改造,“小分子”有机太阳能电池的能源效率即可提高50%。这一发现有望帮助太阳能电池行业开拓新思路。据物理学家组织网今日报道,在一项新的研究中,美国加利福尼亚大学研究人员发现,只需通过调整活性层的厚度,并在活性层和电极之间美国科学家发现,通过简单改造,"小分子"有机太阳能电池的能源效率即可提高50%。这一发现有望帮助太阳能电池行业开拓新思路。据物理学家组织网今日报道,在一项新的研究中,美国加利福尼亚大学研究人员发现,只需通过调整活性层的厚度,并在活性层和电极之间插入一个光学隔板,就可将一种小分子有机太阳能电池的能源效率从6.02%提高至8.94%。

实验结果表明,小分子有机太阳能电池完全有潜力与目前的聚合物电池竞争。据了解,目前聚合物电池的能源效率接近10%。报道还称,在有机太阳能电池领域,以聚合物为基础的设备目前是最为高端的。但其它有机材料比如“小分子”也被认为颇有前途。虽然“小分子”有机太阳能电池目前的能源效率低于聚合物太阳能电池,但它们一般都更容易制作,并提效率也在不断提高。

此外,科学家已经证明,这些发现仍然有潜在的巨大进步空间。