誰需要窗簾?有一天,你可以阻擋下午的眩光,并用吸收陽光的可變窗戶加熱,為你的電子設(shè)備充電。1月22日,在Nature Materials上發(fā)表的一個能夠在透明窗格和深色太陽能電池之間切換的高科技原型面板材料。負責吸收太陽的面板中的層具有原子,其在高溫下僅將其自身排列成光吸收晶體結(jié)構(gòu)。當被加熱時,這些原子會形成一種被稱為鈣鈦礦的深色晶體,這是太陽能電池行業(yè)的新寵兒。

普渡大學化學工程師Letian Dou及其同事們只能在太陽能電池中形成這些采光晶體,將熱量轉(zhuǎn)化為攝氏105度,比普通的陽光噴射窗要熱得多。該團隊正在努力將該閾值降低到70°C以下,這樣僅靠陽光就能觸發(fā)開關(guān)。目前,鈣鈦礦的原子保持鎖定在晶體結(jié)構(gòu)中,直到暴露于潮濕環(huán)境中,這些原子撞擊原子并使材料再次透明。研究人員仍然需要找到一種方法來停用太陽能電池模式,而無需手頭噴灑一瓶水。這項技術(shù)有朝一日可以用于擋風玻璃,可以為電動汽車充電,并且在太陽在外面烤時保持停放的汽車內(nèi)部涼爽。

Tsutomu Miyasaka的任務(wù)是建立一個更好的太陽能電池。那是在二十一世紀初,日本科學家想用更堅固,更有效的方法來取代他用來捕捉陽光的微妙分子。所以當一個學生告訴他一個不同尋常的不熟悉的材料時,我們必須嘗試。他說這種材料“非常奇怪”,但他總是熱衷于測試任何可能對光線產(chǎn)生反應(yīng)的東西。其他科學家通過被稱為鈣鈦礦的材料發(fā)電并且產(chǎn)生光。日本橫濱大學的Miyasaka想知道材料是否也可以做相反的事情:吸收陽光并將其轉(zhuǎn)化為電能。令他驚訝的是,這個想法奏效了。當他和他的團隊用非常薄的鈣鈦礦層代替太陽能電池的光敏元件時,照射的電池會發(fā)出電流。

2009年在美國化學學會雜志上報道的結(jié)果也激起了其他科學家的興趣。鈣鈦礦的特性使它(以及其他鈣鈦礦家族)非常適合從太陽光高效地產(chǎn)生能量。也許,一些科學家認為,這種鈣鈦礦有一天可能會超越硅,這是世界上超過90%的太陽能電池中使用的吸光材料。最初的興奮迅速轉(zhuǎn)化為有希望的早期結(jié)果。對于任何太陽能電池來說,一個重要指標是太陽能轉(zhuǎn)化效率。也就是說,撞擊其表面的太陽光實際上轉(zhuǎn)化為電能的效率。按照該標準,鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)可以發(fā)光產(chǎn)生能量,其效率比歷史上任何以前的太陽能電池材料都快。宮坂團隊2009年報告中指出,鈣鈦礦太陽能電池效率僅為3.8%,今年高達22%。今天,這種材料幾乎與芯片相媲美,科學家們已經(jīng)用了60多年的時間來提高效率。

科羅拉多州的國家可再生能源實驗室的化學家Jao van de Lagemaat說:“人們非常興奮,因為鈣鈦礦的效率已經(jīng)快速攀升。真的感覺這就是現(xiàn)在正在開展的工作。”現(xiàn)在,鈣鈦礦太陽能電池正處于一個十字路口。實驗室研究已經(jīng)證明了它們的潛力:它們比經(jīng)過時間考驗的硅太陽能電池更便宜,更容易制作。雖然鈣鈦礦不太可能完全取代硅,但新材料可以搭載到現(xiàn)有的硅電池上,以創(chuàng)造出非常有效的電池。鈣鈦礦還可以在傳統(tǒng)硅電池平坦的新應(yīng)用中利用太陽能,例如作為窗戶上的吸光涂層,或作為陰天工作的太陽能電池板,甚至吸收室內(nèi)環(huán)境陽光。

不過,鈣鈦礦是否能夠?qū)崿F(xiàn)這一飛躍,取決于目前的研究工作是否能解決一些缺點。例如,它們在高溫和潮濕條件下降解的趨勢對于在陽光下花費數(shù)小時的產(chǎn)品并不是很好的特征。所以科學家們正在努力提高穩(wěn)定性而不殺死效率。牛津大學的物理學家亨利斯奈斯說:“有挑戰(zhàn),但我認為我們正在努力使這些東西穩(wěn)定下來。然而,在一個被硅控制的行業(yè)中,為鈣鈦礦找到一個市場需要以創(chuàng)造性的方式來獲取太陽能。”









