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你好,我是可印刷的太阳能电池
2017-09-14 08:28:33 来源: 湖北日报

  图为实验人员正在制造印刷介观钙钛矿太阳能电池。

  图为印刷介观钙钛矿太阳能电池。

  【序言】

  见过屋顶上的太阳能,见过地面上的光伏板,你可见过可直接印刷在玻璃上的太阳能电池?

  近日,华中科技大学印刷介观太阳能电池材料与器件团队自主研发出的新型太阳能电池正在积极准备量产,这种电池不仅可以印刷,每峰瓦成本还仅为传统太阳能电池的1/5。一旦这种新型太阳能电池实现量产,将为大规模低成本太阳能发电探出新路。

  接下来,就跟着记者一起,走进鄂州市东湖高新科技创意城,听听这位新朋友的自我介绍吧!

  钙钛矿,其实不含钙也不含钛

  我的名字叫印刷介观钙钛矿太阳能电池,可是我不含钙,也不含钛。

  钙钛矿的名字其实是以一位俄罗斯科学家命名的。1839年,俄罗斯矿物学家列夫·波洛夫斯基在俄罗斯乌拉尔山脉发现了钙钛矿。人们就以他的名字命名了钙钛矿,最初单指钛酸钙(CaTiO3)这种矿物,后来把结构与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。

  这种物质可以产生许多神奇的小魔法。比如说,将其用到太阳能电池中,就可以变成光电转换效率更高的我。

  想要了解我如何施展魔法,就要先了解太阳能电池如何工作。

  太阳光入射到电池活性层后随即被吸收,产生电子空穴对。电子空穴对分离后,输运到电极形成回路。因此,只要有光,就能源源不断地产生电能了。

  晶硅、薄膜等传统太阳能电池,光子捕获和电荷输运的过程是在同一个半导体材料中完成的;而在我的内部,华科大团队把钙钛矿放在三层介孔膜(具有纳米结构的多孔膜)里面,负责光子的捕获;而另外一种半导体材料“专职”传输电子,它们各司其职,工作起来心无旁骛,我的效率自然就高啦!目前,我这种新型太阳能电池在华科大团队已经获得超过16%的光电转换效率。

  2008年开始,华科大团队一直对我进行细致深入地研究。直到2013年获得突破,2014年《科学》(Science)第345期刊发了研究论文《一种具有高稳定性的无空穴传输材料可全印刷介观钙钛矿太阳能电池》。这也是中国首次在《科学》杂志上发表的光伏类论文,至今引用次数已超过1000次。

  可印刷,成本仅为传统电池的1/5

  在我之前,世界上主要有3种类型的太阳能电池,它们的转化效率都比较高,但造价也较高。

  最“高贵”的是多结太阳能电池。这种电池用于卫星、无人机等,光电转换效率高达46%,造价昂贵。

  最常见的是晶硅太阳能电池。用它做成的光伏发电面板随处可见,光电转换效率约在18%,每平方米造价为500元至700元。

  第三种是薄膜太阳能电池。摩拜单车车篓底部采用的,就是这种电池。它的特点是薄,厚度为晶硅电池的1/10,转换效率约为10%—12%。

  太阳能电池造价居高不下,是光伏发电推广难的一个主要原因。现在市面上推出的一种分布式薄膜太阳能产品“汉瓦”,可直接铺在屋顶上,其定价为1390元/平方米。

  如果是用上我,成本比上述3种低得多,每平米预计成本将低至100元。

  成本为啥能降下来?这与制作工艺有关。

  首先,工程师用溶液把钙钛矿身上的有机物和无机物溶化,调配成一种特殊的“墨水”,然后,将“墨水”均匀地刷到导电玻璃上,印刷三到四次后进行沉积,最后封装。我就新鲜出炉啦!

  由于材料便宜,工艺简单,成品价格就降下来了。

  已经过1万小时持续光照实验,结果极其鼓舞人心

  价格低,稳定性好不好呢?这点可以放心,我已经过了1万小时的持续光照实验,意味着至少工作10年后我还是“新”的。至于我能否工作25年甚至更长时间,则还需要科学家对我进一步评估。

  我的出色表现,在国际上还引起了非常大的关注。2015年,英国皇家化学会会士、《自然》2013年度十大科学人物之一H.J.Snaith教授评价说:“结果是‘极其鼓舞人心的’,改变了人们对钙钛矿太阳能电池‘本质上不稳定’的看法。”

  因为我出生在武汉,国际专家又把我称为“武汉电池”或“汉电池”。“主人”已为我申请了15项国家发明专利,7项国际专利,目前11项国家发明专利、1项美国、1项日本专利已获得授权。

  看好我的应用前景,鄂州市昌达资产经营公司已经给我投资,并成立了湖北万度光能有限责任公司,支持华科大团队把我做得更好。

  不过,我暂时还有一些难关需要攻克。现在,我的尺寸可以达到60厘米×60厘米,但这个尺寸还需要更大。今年年底,“主人”将建设一个万瓦级的示范性系统,让我经受更多更大的考验。不久的将来,或许我可以印刷在摩天大楼的外墙和玻璃上,给大家提供电能呢!

  能否成功量产,请大家拭目以待吧!文/图 记者 廖志慧 通讯员 荣耀光

(责任编辑: 刘晓丽)

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