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发电的太阳能涂料

发布时间: 2019-03-26 14:13:03   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

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一种太阳能纳米涂料只要涂在墙上、车上,或是船身上,就可以发电。以往只是会在科幻小说里发生的事,现在已经变成了现实。想象一下,某一天,你开着一辆涂有太阳能涂料的汽车,车身的涂料正在产生电力驱动你汽车的引擎,那种感觉绝对棒极了。

科学家们从来没有停止过寻找更高效率、更便宜的太阳能利用技术。不过这次科学家倒是在另一个方向取得了突破:一种以碳纳米管和巴克球(即富勒烯,碳60的正32面体)为主要材料的太阳能涂料。实验结果令人兴奋。这两种材料能够在不同的、但互补的波长范围中俘获光子,从而把可转化光能的波长范围扩大到近红外波段。未来建材商店的货架上,太阳能墨盒将与带有太阳能涂层的墙纸并排摆放。目前的转化率是7.1%,一旦转化率达到10%,这种太阳能墙纸张就会投放到市场。新产品可提高太阳能3%~5%的发电效率,减少对硅的需求量,降低生产成本。此次新品的问世将使太阳能产品在具有高性能的同时,也具有价格优势。

首先从太阳能涂料中受益的将是能源消耗较少的小型电器。只要在它们的外壳涂上几平方厘米的太阳能涂料,就能使它们的电量“常用常满”,而再也不必通过墙上的电源插座充电。至于将太阳能涂料用于屋顶和墙面,则必须耐心地等待3~5年,涂覆新涂料的太阳能产品就要面市。 

歪打正着的发现

长期以来,研究人员一直希望能够找到天然的“极便宜、无毒、且丰富”,又合适于制造太阳能电池的材料。多次实验表明,只要在太阳能硅电池表面生成一层硅纳米颗粒薄膜就能够提高它的能量转化率,同时也减少自身发热,延长电池使用寿命。

实验初期主要研究如何吸收和转化太阳光中紫外线的能量,对传统太阳能电池而言,紫外线要么直接被穿透出去,要么被硅元件吸收转化成热能而并非电能,热量还直接影响了硅电池的使用寿命。为了达到实际应用的效果,研究人员首先将体积较大的硅研制成纳米级颗粒,这些颗粒会发出不同颜色的荧光。而后,将这些颗粒分散在异丙基酒精中,并抹在太阳能电池的表面。当酒精蒸发后,电池表面就形成一层紧密的纳米颗粒薄膜。

研究发现,如果太阳能电池表面覆盖的是厚度为1纳米的蓝色荧光纳米粒子薄膜,整个电池将能够多转化60%紫外光线的能量,不过可见光的转化率提高不到3%。但如果电池表面覆盖的是厚度为2.85纳米的红色荧光粒子薄膜,那么紫外光线的转化率可提高67%,而可见光可提高到10%。其实,太阳能电池性能的这种改进应更多地归于电池电压的提高而不是电流。研究表明,薄膜内电荷传输和纳米粒子界面有重要关系。因此,新的涂层工艺也很容易并入太阳能电池的制造过程,而成本并不会有额外的增加。 

性能大比拼 

目前科学家开发的太阳能电池使用了一个碳纳米管复合体,这是一种圆柱型碳分子结构,之所以称之为纳米管,是因为它的尺寸极小,科学家估计纳米管只有头发丝的2×10-4(1/50 000)。然而,碳纳米管的导电性优于任何常规导线。

首先,与传统的光伏转换装置相比,这种涂层更能适应不同的使用环境,它能将任何一种表面都改造成太阳能转换器。从平时小家电的机壳开始(如手机),再到窗户、墙壁、屋顶……而且,可以用这种涂料进行大面积的涂覆,从而弥补其转化率(即转化成电能的光能)相对较低之不足。很简单,尽管它的转化率目前仅有5%左右,只是传统硅基光伏电池的1/3,但只要把它的涂覆面积扩大2倍,不足之处就能得到弥补!更何况这显然是一项还会继续发展的全新技术!

第二项优势是价格便宜。它只是塑料,而不是价格不菲的硅!目前光伏产品的主要原料就是硅,其价格也因此居高不下。所以价格便宜的涂料便成了能够部分抵消其低转化率的长处。 

硅将退出历史舞台 

将几滴液体滴在一块覆有金属电极的几平方厘米的玻璃片上,迅速晃动玻璃片,使液体均匀摊开,凝固成一层类似塑料的薄膜。再将这一装置连接到一个电流表上,然后将这薄膜置于一个大功率灯泡的照射下,专家惊奇地发现电表指针指向5毫瓦/平方厘米的刻度!这个装置看似简陋,却可以毫不含糊地将太阳能转化成电能。而更重要的是,借助化学和物理的神奇力量,它明白无误地证明,太阳能涂料完全可行!这是一项集两种主要优势于一身的出色发明。科学家自然对这种用碳纳米管和巴克球制成的太阳能电池的前景兴奋不已。因为它是一种既经济又简便的能量转换装置,人们可以把这种电池涂抹或打印在柔性塑料板上,或者涂抺在建筑物的外墙及屋顶上。而且,该涂料发电板安装方便,价格低廉。可将更多的太阳能转化为电能。未来我们甚至可以用廉价的家用喷墨打印机印出一张张太阳能板来。你可以把这些太阳能电池板固定在墙上、屋顶上或布告板上……在有阳光的地方就可建成一个个小小的太阳能发电站。

硅太阳能产品的高成本,使业内的每家企业都在积极寻求解决方案。传统的硅是光电池的基本材料,已经使用数十年,缺点是易损坏、笨重、昂贵。目前科学家开发的太阳能电池的材料是碳纳米管与碳60正32面体(即巴克球)的聚合体。尽管巴克球不能产生电流,但它可以捕获电子。阳光的照射将激活聚合体,而巴克球将捕获电子。这样一来,纳米管的作用将与铜线一样,能够产生电子和传输电流。专家预测,不久的将来,这种方法会成为全世界家庭住户的廉价能源方案。

想象一下,无需面板的太阳能电池会是什么样?只有像油漆那样薄薄的一层材料,就能吸收阳光并产生电流。将这种薄薄的材料覆盖在屋顶和窗户上,你家就能实现能量的自给自足了,甚至还能出售一些多余的电能。而且这种太阳能房屋获取能量的费用也会比烧煤更便宜。