隨手一涂就能發(fā)電 太陽能染料研究獲進(jìn)展

:太陽能板制造過程繁雜，經(jīng)過熔爐拉棒、芯片切片后，還要用酸性溶液、高溫來制造出深藍(lán)色的太陽能電池，不過隨著有機(jī)太陽能技術(shù)愈加成熟，未來或許只要復(fù)涂一層太陽能電池“油漆”，就能讓任何物品發(fā)電。

太陽能價(jià)格過去40年降幅高達(dá)99%，但新型太陽能涂料有望再次改變市場(chǎng)。美國(guó)堪薩斯大學(xué)物理學(xué)與天文學(xué)副教授Wai-Lun Chan表示，若太陽能涂料研發(fā)成功，就不需要用昂貴的設(shè)備制造太陽能電池，進(jìn)一步降低太陽能技術(shù)成本。

過去也有許多團(tuán)隊(duì)著手研究太陽能電池涂料，像是美國(guó)水牛城大學(xué)2013年與澳洲墨爾本皇家理工大學(xué)在2017年都有推出相關(guān)成果，但皆因?yàn)殡姵仉y吸收光線而作罷，澳洲研究員更稱太陽能涂料是5年內(nèi)不可能上市的產(chǎn)品。

那么要如何突破困境呢？一般晶體硅太陽能是種多層結(jié)構(gòu)，由上下電極與P型、N型半導(dǎo)體等構(gòu)成，當(dāng)半導(dǎo)體吸收陽光時(shí)，PN結(jié)會(huì)產(chǎn)生電子電洞對(duì)（electron-hole pair），帶正電的電洞與帶負(fù)電的電子會(huì)分別向P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體移動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電流與電壓。

而在有機(jī)太陽能設(shè)計(jì)中，主動(dòng)層是把電子施體（donor）與電子受體（acceptor）兩種有機(jī)材料均勻混合而成，電極與半導(dǎo)體也都會(huì)溶解成液體狀態(tài)，需要先進(jìn)行分層才能接線發(fā)電，除此之外，有機(jī)材料內(nèi)部的電子也不會(huì)移動(dòng)，因此許多電子缺少配對(duì)物“電洞”。

根據(jù)堪薩斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)最新研究，他們發(fā)現(xiàn)2D半導(dǎo)體二硫化鉬的原子層可產(chǎn)生多個(gè)自由電子（Free Electrons），這些電子不會(huì)受缺少電洞影響，能在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電流。

根據(jù)團(tuán)隊(duì)發(fā)布在《Journal of American Chemical Society》的研究，目前已經(jīng)研發(fā)出能用印刷制造、甚至變成特殊涂料的太陽能電池，除此之外，材料不僅便宜，還容易制造。Chan指出，未來科學(xué)家或許能用這概念，制造出能用來畫畫的太陽能技術(shù)。

不過現(xiàn)在有機(jī)太陽能涂料還有許多進(jìn)步空間，目前團(tuán)隊(duì)尚未公布轉(zhuǎn)換效率或是相關(guān)原型，其他實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率也僅15%，更存在著耐用性、穩(wěn)定性等問題，但若太陽能染料研發(fā)有成，原先就劇有輕薄、低成本、易回收、可撓優(yōu)勢(shì)的有機(jī)太陽能，將再添新戰(zhàn)力。

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