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《Popular Science》鈣鈦礦太陽能:效率破32%,引領能源革命!

已更新:2023年7月11日

根據《Popular Science》於2023年7月7日發表的報導,太陽能光伏容量在美國和其他地區正迅速增長。根據美國太陽能行業協會(SEIA)的數據,過去十年太陽能市場每年增長24%。全美已經安裝了149千兆瓦的太陽能容量,理論上可以為2600萬個家庭提供電力。根據SEIA和Wood Mackenzie的預測,未來五年太陽能市場將增長三倍,到2028年,太陽能容量將達到378千兆瓦。2022年,太陽能發電在全球發電總量中佔1.2兆瓦。


報導指出,太陽能的發展和投資對於建立更清潔、更可持續的未來至關重要,因為太陽能技術可以在不排放對地球造成危害的溫室氣體的情況下產生大量能源。近年來,太陽能技術取得了長足的發展(與19世紀的早期相比有了長足的進步),但平均太陽能電池的效率仍然只有15-20%。這意味著我們從太陽接收的能量中有80-85%的能量損失。此外,作為最常見的光伏技術,矽太陽能電池的理論效率限制在約29%。


多年來,科學家一直試圖解決這個問題。美國國家可再生能源實驗室(NREL)的一個團隊制造了效率達47%的電池板,但不幸的是,該模型對於主流使用來說有點昂貴。然而,在7月6日發表的《Science》期刊上,兩個不同的研究團隊分別找到了一種提高矽太陽能電池效率的方法—鈣鈦礦。報導指出,鈣鈦礦是一種礦物,具有與氧化鈦鈣相同的結晶結構,但可以由不同元素組成以達到不同的目的。鈣鈦礦在太陽能電池中作為固體半導體表現出色,實驗室記錄的效率達到25.2%。


這兩個團隊將鈣鈦礦與矽結合起來製成串聯太陽能電池。這些技術並不是新的—第一種於2009年開發,並且在2016年,一個來自香港的團隊將效率提高到約25%。但現在,科學家們正在取得更高的效率。在一項研究中,瑞士洛桑聯邦理工學院的辛宇欽(Xin Yu Chin)和團隊在太陽能電池的加工過程中添加磷酸降效劑,他們的電池達到了31%的效率。


另一個團隊由柏林赫爾姆霍茨材料和能源研究中心的Silvia Mariotti領導,他們使用一種名為吡啶二鹽碘化物的離子液體增強了他們的串聯太陽能電池,實現了高達32.5%的效率

未參與研究的材料科學研究人員Stefaan de Wolf和Erkan Aydin在發表於《Science》的相關透視文章中寫道:“克服這個閾值提供了讓高性能、低成本的光伏技術進入市場的信心。”


報導中還提到,這場競爭在歐洲以外的地區也越來越激烈。沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學的教授Stefaan de Wolf聲稱,他的團隊今年早些時候在尚未發表的串聯電池測試中實現了33.7%的效率。中國公司LONGi最近宣布他們開發出一種效率為33.5%的串聯太陽能電池板,該公司生產了世界上大部分的太陽能電池板。


報導指出,儘管這些成果令人興奮,但這只是剛剛開始。我們需要更多的清潔能源來減少溫室氣體排放,以確保地球的可居住性。De Wolf告訴《衛報》說:“克服30%的閾值讓人們相信可以將高性能、低成本的光伏技術帶入市場。但為了避免與全球變暖相關的災難性情況,到2050年,總容量需要增加到約75TW。”


參考資料:


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