随手一涂就能发电 太阳能染料研究获进展


来源:十轮网   时间:2019-10-09 12:26:02


太阳能板制造过程繁杂,经过熔炉拉棒、芯片切片后,还要用酸性溶液、高温来制造出深蓝色的太阳能电池,不过随着有机太阳能技术愈加成熟,未来或许只要复涂一层太阳能电池“油漆”,就能让任何物品发电。

太阳能价格过去40年降幅高达99%,但新型太阳能涂料有望再次改变市场。美国堪萨斯大学物理学与天文学副教授Wai-Lun Chan表示,若太阳能涂料研发成功,就不需要用昂贵的设备制造太阳能电池,进一步降低太阳能技术成本。

过去也有许多团队着手研究太阳能电池涂料,像是美国水牛城大学2013年与澳洲墨尔本皇家理工大学在2017年都有推出相关成果,但皆因为电池难吸收光线而作罢,澳洲研究员更称太阳能涂料是5年内不可能上市的产品。

那么要如何突破困境呢?一般晶体硅太阳能是种多层结构,由上下电极与P型、N型半导体等构成,当半导体吸收阳光时,PN结会产生电子电洞对(electron-hole pair),带正电的电洞与带负电的电子会分别向P型半导体与N型半导体移动,进而产生电流与电压。

而在有机太阳能设计中,主动层是把电子施体(donor)与电子受体(acceptor)两种有机材料均匀混合而成,电极与半导体也都会溶解成液体状态,需要先进行分层才能接线发电,除此之外,有机材料内部的电子也不会移动,因此许多电子缺少配对物“电洞”。

根据堪萨斯大学团队最新研究,他们发现2D半导体二硫化钼的原子层可产生多个自由电子(Free Electrons),这些电子不会受缺少电洞影响,能在外电场的作用下发生定向运动,进而产生电流。

根据团队发布在《Journal of American Chemical Society》的研究,目前已经研发出能用印刷制造、甚至变成特殊涂料的太阳能电池,除此之外,材料不仅便宜,还容易制造。Chan指出,未来科学家或许能用这概念,制造出能用来画画的太阳能技术。

不过现在有机太阳能涂料还有许多进步空间,目前团队尚未公布转换效率或是相关原型,其他实验室最高转换效率也仅15%,更存在着耐用性、稳定性等问题,但若太阳能染料研发有成,原先就剧有轻薄、低成本、易回收、可挠优势的有机太阳能,将再添新战力。

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