科學(xué)家研發(fā)出半透明太陽能電池 太陽能窗戶問世將成為可能

科學(xué)家們研發(fā)出了具有高功率轉(zhuǎn)換效率的半透明鈣鈦礦太陽能電池，而且該電池還可以在傳播可見光的時(shí)候隔離紅外線，這無疑讓未來設(shè)想中的太陽能窗戶離我們更近一步。

出于藝術(shù)效果和成本考慮，現(xiàn)代建筑學(xué)家們都喜歡用玻璃來修建建筑外部。而科學(xué)家們則更進(jìn)一步，希望能夠借此機(jī)會(huì)獲得太陽能。已經(jīng)有科學(xué)家開始探索如何將太陽能材料做成透明或半透明來取代玻璃，但就目前來看這還是一項(xiàng)很困難的任務(wù)，因?yàn)樘柲茈姵厝绻兂赏该鞯?，那么它能量轉(zhuǎn)換效率就會(huì)大大降低。

現(xiàn)在主流的太陽能電池材料都是晶體硅，然而該材料很難做成透明或半透明狀態(tài)。現(xiàn)在科研人員正在開發(fā)半透明的太陽能電池，比如有機(jī)或者染色敏化材料，但是它們的能量轉(zhuǎn)化效率太低。鈣鈦礦是有機(jī)無機(jī)混合型光伏材料，并且具有易于生產(chǎn)和便宜的特點(diǎn)。而在過去的幾年里，鈣鈦礦太陽能電池效率有了大幅度提升。

韓國先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所電氣工程學(xué)院教授SeunghyupYoo和成均館大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院的教授Nam-Gyu領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)使用鈣鈦礦開發(fā)出半透明的高效太陽能電池。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)出高級透明電極(TTE)對鈣鈦礦電池的兼容性非常好。在通常情況下，實(shí)現(xiàn)半透明太陽能電池的關(guān)鍵是找到一種與相應(yīng)光敏電池系統(tǒng)兼容的TTE，鈣鈦礦電池同樣如此。TTE的提出基于多層堆疊理論，就是如三明治一樣將金屬薄膜夾在高折射率(高指數(shù))層和界面緩沖層之間。在鈣鈦礦太陽能電池中，這種TTE的制備不需要使用任何有害材料。不像傳統(tǒng)的透明電極只能傳輸可見光，這種TTE具有傳輸可見光和反射紅外線的雙重作用。由這種TTE組成的半透明太陽能電池平均轉(zhuǎn)化效率高達(dá)13.3%，并可以阻擋85.5%的紅外線。

該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為如果半透明鈣鈦礦太陽能電池能在實(shí)際應(yīng)用中增大數(shù)倍，那么它們完全可以應(yīng)用于太陽能窗戶和汽車(不但可以產(chǎn)生電能還能確保對內(nèi)部環(huán)境熱量的智能管理)，從而可以更加高效地利用太陽能。

科研人員把透明電極(TE)設(shè)計(jì)為堆疊三層：銀薄膜位于底部三氧化二鉬界面層和頂部硫化鋅高指數(shù)介電層之間。通過指數(shù)匹配技術(shù)，這種三層堆疊方法可以增加全部可見光在金屬薄膜中的透射率。這種方法本質(zhì)上跟眼鏡上的抗反射涂層技術(shù)一樣，除了它只有一層金屬層。

一般說來，當(dāng)TE是基于金屬薄膜的，那么其薄膜就會(huì)非常薄并擁有透明和可透過可見光等特點(diǎn)。然而，該科研團(tuán)隊(duì)采用一種與眾不同的方法。他們所制得的銀TE比傳統(tǒng)金屬薄膜更薄兩到三倍，因此，其反射紅外線能力更強(qiáng)。高折射率的硫化鋅層在可見光于TTE中的傳播過程中扮演著極其重要的角色，并使其在可見光范圍內(nèi)保持低折射率。

科研人員過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了半透明鈣鈦礦太陽能電池具有熱鏡特性。薄膜吸收光并將太陽能阻擋在外，因此薄膜表面溫度變的極高如同持續(xù)暴露在燈光底下，但是半透明太陽能電池仍保持冷卻因?yàn)樗鼘⑻枱崃糠瓷涑鋈?。整個(gè)太陽能量反射高達(dá)89.6%。

科研人員稱該項(xiàng)研究的主要貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)透明電極技術(shù)和透明鈣鈦礦電極相適配并提供一種作為電極更能發(fā)揮其潛能的設(shè)計(jì)方法。而現(xiàn)在的研究允許他們進(jìn)行更自由的設(shè)計(jì)并提供更多機(jī)會(huì)可以將這些設(shè)計(jì)整合到真實(shí)世界應(yīng)用中，比如，汽車、建筑和房屋。