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英谢菲尔德大学和剑桥大学开发出低成本塑料太阳能电池 5到10年内可商用
来源:美国每日科学网 | 作者:编译/王小龙 | 2011/7/5 10:31:25 | 浏览:1095 | 评论:0

  英国科学家的一项最新研究或能加速塑料太阳能电池的应用步伐,使其在5年到10年内实现商用。这种太阳能电池以可循环使用的塑料薄膜为原料,能通过“卷对卷印刷”技术大规模生产,其成本低廉、环保,可大规模应用。有专家认为,或将对传统晶硅类太阳能电池造成冲击。相关论文7月4日发表在《先进能源材料》杂志上。

  由英国谢菲尔德大学和剑桥大学的研究人员进行的这项研究,借助英国卢瑟福阿普尔顿实验室的ISIS中子源和“钻石光源”对塑料太阳能电池的内部结构进行探测,并以此为依据对相关工艺作出改进,提高了太阳能电池的整体性能。

  新方法并未采用昂贵的技术来制造特定的半导体结构,而是通过批量印制工艺,用两种不同的感光物质在塑料薄膜上“印”上了一层厚度只有60纳米的电路结构。由于整个制造过程都在较低的温度下进行,这种塑料太阳能电池的制造可采用“卷对卷印刷”技术大规模生产。该工艺在总体上可显著降低能耗和材料浪费。

  此外,与传统晶硅类太阳能电池切割封装工艺相比,新技术的生产效率更高,一次印刷就可生产出几个足球场大小的太阳能电池,而且大规模生产的成本也将远低于传统晶硅类太阳能电池。在使用上,这种太阳能电池重量轻、易运输、可卷曲,在安装时甚至可以直接附着在建筑物表面而不占用额外的空间。研究人员称,这种聚合物太阳能电池的转化效率目前可以达到7%—8%,下一步将有望使提高到10%以上。

  谢菲尔德大学教授理查德·琼斯说,今后50年,传统化石能源将无法满足世界日渐增长的能源需求,目前来看,在可再生能源中最有希望取代化石能源的就是太阳能。太阳蕴藏着近乎无穷无尽的能量,但成本高、转化率低一直限制着太阳能技术的应用。新技术让太阳能电池的低成本生产和大规模铺设成为了现实,为新型太阳能电池的制造和可再生能源的发展铺平了道路,它或许可以帮助我们进入一个新的可再生能源时代。

  琼斯预测,在未来5年到10年,基于塑料等有机材料的太阳能电池制造技术将走向成熟,并实现大规模商用。而余下的障碍将是如何通过巧妙的设计延长其使用寿命并进一步提高转化效率。

总编辑圈点

  新技术一次可印刷出几个足球场大小的塑料布电池,简直是个小型发电厂,供应一栋别墅的用电不成问题。软而薄的电池安装方便,可以贴在墙、屋顶和家具上,甚至缝在衣服上。塑料电池近几年研究成果不断,潜力依然巨大:光电转化率还有上升空间,从7%的商业化门槛,向硅板的18%前进;另外它的寿命有待提高。在这些方面,突破障碍大概不会太久。我们完全可以想象,十年之后,塑料布就可以让我们脱离庞大电网,随意迁徙居住,发电机只需腋下一卷。


相关讯息:美开发出太阳热能储存新材料 存储密度大成本低(王小龙)

  据美国《连线》杂志7月19日报道:日前美国研究人员开发出一种新材料,能够按需储存和释放热能。以这种材料制成的储热设备不但能量存储密度大,还具有成本低、运输方便、储能时间长的特点,有望开创一种捕获和存储太阳能的全新方式。相关论文发表在《纳米快报》杂志上。

  自20世纪70年代以来,科学家们就在寻找一种能以化学形式储存太阳能而非将其转化为电能的材料。但相关研究直到近年才取得了一些进展:2010年,美国麻省理工学院的杰弗里·格罗斯曼揭示了二钌富瓦烯的独特性质,并提出了液态储热材料设想。

  二钌富瓦烯分子在被阳光照射时,内部结构会发生改变并将能量存储起来,形成一种亚稳定结构。当需要时,这些热量又能在特定催化剂的作用下被释放出来,同时其分子也会恢复为放热前的形态。这一过程可以不断重复。通过这种方法可在甲地存储热量,乙地释放热量;也可以用产生的热量驱动蒸汽发电机发电。

  但这种材料的缺点在于,所含的钌元素稀有且昂贵,且由其制成的储热设备在能量密度上还不及传统锂离子电池。这使这项技术一直无法获得大规模应用。

  日前,格罗斯曼和他的同事艾拉克斯·库帕克借助碳纳米管对这一技术进行了完善,制造出了一种可取代二钌富瓦烯的新材料。这种材料由偶氮苯和碳纳米管组成,除了具备二钌富瓦烯的优点外,还有价格低廉、热稳定性好的特点,在能量密度上更是超过了锂离子电池。

  研究人员将偶氮苯分子“捆绑”在碳纳米管上,形成一种碳纳米管化合物,实验显示该材料的能量差(基能态到高能态之间的差值)和活化能(分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量)都较为理想。实验显示,新材料在能量密度上可达690瓦小时/升,超过了传统锂离子电池(200—600瓦小时/升),相对于仅采用偶氮苯的能量密度(90瓦小时/升),也获得了极大的提升。

  格罗斯曼说:“这种材料非常有效,便宜却仍具有较高的能量密度,其优势在于将能量捕获和存储集成到了一个步骤当中,用一种材料就能同时完成转化和存储两项任务。其缺点是只能提供热能而非电能,但这可以通过热电装置或蒸汽发电机来弥补。”

  北卡罗来纳大学化学系助理教授金井洋介说,通过化学键来实现太阳能可逆存储近年来广受关注。新研究的创新之处在于,它创建了可以用碳纳米管来制造这种材料的纳米模板,这为今后采用其他材料进行类似的研究铺平了道路。


科研人员:未来5年将流行纯电动汽车(夏嘉)

  随着节能汽车的发展,越来越多类型的节能汽车获得消费者青睐。全美汽车协会研究人员认为,在未来5年,插电式汽车或纯电力汽车将发展非常迅速。该协会计划在未来几个月开设为插电式汽车安排的高速充电服务。

  目前市场上的节能汽车多为混合动力汽车。全美汽车协会评估的列居前5位的节能汽车中只有精灵(Smart)leaf 是纯电力汽车, 但是该协会汽车研究中心(ARC)经理梅泽尔(Steve Mazor)预计,在未来5年,纯电力、零污染的节能汽车将发展非常迅速,而且更多消费者会购买插电式汽车,而该协会也将在未来几个月建立高速充电服务系统,为那些因耗尽电力而无法开动的插电式汽车提供快速服务。

  然而梅泽尔指出,人们喜欢驾车的灵活性,希望随时随地可以达到目的地。如果你想要开插电式汽车或者使用天然气的汽车开长途恐怕就不行,因为每200英里就需要充电,现在没有那么多可用的充电设施。而且尽管这些车耗油量较小,但仍然无法让投资者在短期内得到投资回报。未来3年将有越来越多这样的汽车,也有越来越多的配套服务和设施出现。

  根据ARC的数字,在60年代,南加州每年有将近100个空气污染日,但在过去10年南加州只有1个这样的空气污染日,其中一半都是由汽车排放废气带来的。梅泽尔说,洛杉矶的天空这样蓝,都是因为我们现在使用了更清洁的汽车和更清洁的汽油。

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