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新加坡南洋理工研制大面積鈣钛礦太陽能,光電轉換率全球最高

2021 年 3 月 20 日 小荣知事

未來本地建築物的外牆和門窗在展現絢麗色彩的同時,還能吸收太陽能發光,既節能又美觀。

新加坡南洋理工研制大面積鈣钛礦太陽能,光電轉換率全球最高

這樣的設想正逐步成爲現實,新加坡南洋理工大學的一組研究人員經過兩年多的研究,研發出的新一代太陽能電池可將光能高效轉換爲電能之余,電池薄膜還能制成半透明的黃,藍,綠和紅等顔色,搭配透明導電玻璃使用,一改目前市面上常見的晶硅(Crystalline silicon)太陽能電池不透明且擋光的局限。

這種太陽能電池使用名爲鈣钛礦(Perovskites)的材料,研究團隊利用工業上常用的“共蒸發”(thermal co-evaporation)技術,制造出大小爲21平方厘米的太陽能電池模塊,實現了18.1%光電轉換效率。這是全球科研界所有大于10平方厘米的鈣钛礦太陽能電池中,光電轉換率最高的。

這項研究刊登在能源領域期刊《焦耳》(Joule)上。鈣钛礦的轉換率與晶硅相似,近年被各國視爲高效廉價的新型太陽能電池替代原料而成爲研究熱點。

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李佳:比起傳統材料晶硅 鈣钛礦生産設備更簡單

論文作者、南大能源研究院研究員李佳博士昨天接受《聯合早報》采訪時說,與傳統太陽能電池材料晶硅相比,鈣钛礦無論在生産設備還是技術上都更簡單,而且成分多元,可調整成分比例形成不同顔色,吸收不同的光譜。制造出的鈣钛礦薄膜厚度僅爲數百納米,比發絲還細。

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目前鈣钛礦太陽能電池一般使用“旋塗”(spin coating)等方法制造,缺點是電池尺寸增加到超過10平方厘米後,它的光電轉換效率會下降。

李佳說:“我們的研究突破在于使用共蒸發工藝制備較大面積的鈣钛礦太陽能電池時,依然能保持穩定且高效的光電轉換率。共蒸發是生産OLED電視屏幕所用的成熟工業技術,意味著未來市場准入門檻大大降低,量産也更容易。”

太陽能是我國未來四大電力來源之一,也是最可行的清潔能源選項。我國太陽能板裝機容量正朝2030年提高到至少2千兆峰瓦(GigaWatt Peak)的目標邁進,相當于35萬戶家庭的一年用電量。

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蘇博德:適合在城市空間使用

受土地面積限制,政府正采用創新方案,提高太陽能産量,包括試行在屋頂、蓄水池水面,公路路面,以及摩天大樓外牆安裝太陽能板。

南大協理副校長(戰略與合作)蘇博德教授評價,鈣钛礦太陽能電池輕柔且半透明的特質,不影響建築外觀同時能有效利用光能,適合在我國等城市空間使用。他也是論文作者之一。

李佳說,團隊接下來會研究鈣钛礦與硅太陽能電池組合技術,制造出光電轉換效率達30%的串聯電池,並繼續改進電池的穩定性以及含鉛的環保問題,“最終目標是五年後可以商業投産”。

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文章來源:新加坡聯合早報

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