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未來材料:石墨烯與鈣鈦礦的結合在太陽能領域取得進展

石墨烯和鈣鈦礦的結合被證明是一種極具前景的組合,鈣鈦礦是一類具有與礦物質鈣鈦礦(CaTiO3)相同晶體結構的材料,是首個被發現的鈣鈦礦晶體。鈣鈦礦材料具有高度吸收光子的效率,可將其轉換為電流,因此成為了太陽能電池中具有潛力的矽替代品。由於矽太陽能電池正接近其理論轉換效率極限,鈣鈦礦太陽能電池作為成本低、重量輕、靈活的太陽能替代方案逐漸崭露頭角。


雖然鈣鈦礦太陽能電池表現出優異的性能,但隨著模組尺寸增大和在戶外環境中使用,其效率迅速下降。空氣、濕度和高溫會降解鈣鈦礦材料,減少其優勢。這時,石墨烯可以發揮作用:它具有疏水性,可以保護鈣鈦礦太陽能電池免受大氣降解的影響,同時還可以改善整體的電氣性能。


在克里特島上建立的第一個太陽能農場中,石墨烯旗艦項目的能源生成工作包將石墨烯和相關材料應用於鈣鈦礦電池中,並實現了出色的性能和穩定性。該項目取得了一項重要突破,建立了首個石墨烯-鈣鈦礦太陽能農場。該農場在戶外環境中進行了實驗,在峰值功率輸出方面達到250瓦,與商業化的60個晶體矽太陽能電池板相當。

圖片: 羅馬托爾佩加大學鈣鈦礦太陽能系統


這一實驗由石墨烯旗艦合作伙伴希臘地中海大學(Greece)、羅馬托爾佩加大學、意大利技術研究所和國家研究委員會(Italy)的研究人員共同進行。

“我們證明了層狀材料,如石墨烯和二硫化鉬,不僅可以改善鈣鈦礦太陽能電池的界面特性,在實驗室規模上,也可以在實際測試中對大面積面板進行改善,將技術成熟度提升至6-7級。”石墨烯旗艦合作伙伴羅馬托爾佩加大學的Aldo di Carlo在取得成功的成果後表示。


(a)本研究中設計的基本鈣鈦礦太陽能電池的堆疊結構示意圖。 (b) 基本鈣鈦礦太陽能電池的能帶對齊圖和工作原理。 (c) 基本鈣鈦礦太陽能電池的吸收光譜,顯示每個層的貢獻。 (d) 各吸收層的載流子產生速率隨波長變化的示意圖 (3)。


石墨烯旗艦項目GRAPES通過降低能源的水平化成本至每兆瓦小時20歐元以下,推進太陽能電池技術迈出了一步。GRAPES團隊由意大利的Enel Green Power公司領導,旨在將鈣鈦礦電池的性能和穩定性提升至記錄水平,並製造成本效益高的光伏板,其中包括疊層石墨烯、層狀材料、鈣鈦礦和矽材料。石墨烯和鈣鈦礦的結合在太陽能領域具有巨大潛力,有助於推動可再生能源的發展,並將高效、低成本的太陽能解決方案更加接近市場。


參考資料



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