如何寻找可替代的材料，用于太阳能电池？不可专注于一种单一的材料！
来源：宝鄂实业
2019-04-21 22:31
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提到太阳能光伏电池，第一反应会是什么?或许会是那一块块稍显沉重的板子吧。据报道，南加州大学的研究者们研制出了一种液态纳米晶太阳能光伏电池，实现了太阳能电池的极度轻量化——它能够被涂抹在一片塑料上。
报道中称，这种新型太阳能光伏电池是如此之小，以至于在针尖上都能集中约2500亿个。因此，它们能够被制成墨水，以便涂抹在光洁的表面上，比如塑料，然后制成各种形状以适应环境。研究者表示，液态纳米晶太阳能光伏电池要比常见的单晶硅太阳能电池要便宜，但是转换效率却要低于后者。他们之前曾使用有机配体分子来维持纳米晶的稳定，但是有机配体分子的导电性很差，损害了纳米晶的转换效率。他们为此开发了一种合成配体来解决这个问题。
纳米晶的表面涂料由硒化镉这种半导体所制成。研究者表示，因为该涂料所具有的毒性，所以液态纳米晶太阳能电池离商业化还有一段距离。但他们同时也表示自己已经找到了“通往下一代太阳能光伏电池科技的光明大道”。
欧洲研究人员开发出一种简单的热力学方法，可以预测一种物质是否能耐受高温，用于生产常规薄膜，制成光伏设备。这种新方法有助于科学家寻找更好的能源材料。瑞典乌普萨拉大学(UppsalaUniversity)的乔纳森?斯克拉格(JonathanScragg)，还有他的一些同事来自的英国巴斯大学(UniversityofBath)和卢森堡大学(UniversityofLuxembourg)，他们的成果发表在4月24日的《化学物理物理化学》(ChemPhysChem)杂志上，题为《热力学合成薄膜材料用于太阳能电池》(ThermodynamicAspectsoftheSynthesisofThin-FilmMaterialsforSolarCells)。
“有许多事情要考虑，因为要寻找理想的材料，用于太阳能电池，”斯克拉格说。“这种材料必须非常有效地把光转换成电能，不应该包含任何稀有的，昂贵或危险的原材料，必须易于制造，具有高品质。”然而，现有的大多数无机非硅薄膜太阳能电池技术，采用的要么是有毒物质，如碲化镉(CdTe：cadmiumtelluride)，要么就是比较少见的物质，如铜铟镓硒(CIGSe：copperindiumgalliumselenide)。因此，世界各地的许多研究人员都在寻找替代材料，以克服这些局限性。“我们正面临着一个巨大的问题”，斯克拉格说。“大自然提供了如此众多的不同材料，不可能每一种都测试。我们介绍了一种方法，可以大大简化这一问题。”
寻找耐热太阳能电池材料
在制造过程中，太阳能电池材料必须加热到很高的温度，这一步称为退火，这样它们就可以结晶，达到要求的质量。然而，很多材料无法耐受这样的高温，会碎裂，根本不适合使用。斯克拉格和同事现在找到一种方法，可以事先确定，一种物质是否能够耐受生产过程中产生的高温。他们预测，热处理中，反应发生在几层多元半导体化合物上，采用不同衬底，而且表明，退火条件可以控制，以最大限度地提高材料的稳定性和质量。
科学家们研究了不同的物质，如铜铟镓硒(CIGSe)，铜锌锡硒(CZTSe)，和其他不太知名的三元和四元半导体。斯克拉格认为，新的方法有很大的帮助，可以找到更好的吸收材料。“在那里，有很多的替代材料，其中有一些非常有前途，也有一些可能永远不会满足太阳能电池的要求。这些替代材料中，只有为数不多的获得所需的时间和资源，得到开发，达到足够高的水平。我们不是专注于一种单一的材料，而是采取更广泛的做法，提供的这种方法可以确定哪些材料可能有用，哪些有根本上的局限性。”他说。
报道中称，这种新型太阳能光伏电池是如此之小，以至于在针尖上都能集中约2500亿个。因此，它们能够被制成墨水，以便涂抹在光洁的表面上，比如塑料，然后制成各种形状以适应环境。研究者表示，液态纳米晶太阳能光伏电池要比常见的单晶硅太阳能电池要便宜，但是转换效率却要低于后者。他们之前曾使用有机配体分子来维持纳米晶的稳定，但是有机配体分子的导电性很差，损害了纳米晶的转换效率。他们为此开发了一种合成配体来解决这个问题。
纳米晶的表面涂料由硒化镉这种半导体所制成。研究者表示，因为该涂料所具有的毒性，所以液态纳米晶太阳能电池离商业化还有一段距离。但他们同时也表示自己已经找到了“通往下一代太阳能光伏电池科技的光明大道”。
欧洲研究人员开发出一种简单的热力学方法，可以预测一种物质是否能耐受高温，用于生产常规薄膜，制成光伏设备。这种新方法有助于科学家寻找更好的能源材料。瑞典乌普萨拉大学(UppsalaUniversity)的乔纳森?斯克拉格(JonathanScragg)，还有他的一些同事来自的英国巴斯大学(UniversityofBath)和卢森堡大学(UniversityofLuxembourg)，他们的成果发表在4月24日的《化学物理物理化学》(ChemPhysChem)杂志上，题为《热力学合成薄膜材料用于太阳能电池》(ThermodynamicAspectsoftheSynthesisofThin-FilmMaterialsforSolarCells)。
“有许多事情要考虑，因为要寻找理想的材料，用于太阳能电池，”斯克拉格说。“这种材料必须非常有效地把光转换成电能，不应该包含任何稀有的，昂贵或危险的原材料，必须易于制造，具有高品质。”然而，现有的大多数无机非硅薄膜太阳能电池技术，采用的要么是有毒物质，如碲化镉(CdTe：cadmiumtelluride)，要么就是比较少见的物质，如铜铟镓硒(CIGSe：copperindiumgalliumselenide)。因此，世界各地的许多研究人员都在寻找替代材料，以克服这些局限性。“我们正面临着一个巨大的问题”，斯克拉格说。“大自然提供了如此众多的不同材料，不可能每一种都测试。我们介绍了一种方法，可以大大简化这一问题。”
寻找耐热太阳能电池材料
在制造过程中，太阳能电池材料必须加热到很高的温度，这一步称为退火，这样它们就可以结晶，达到要求的质量。然而，很多材料无法耐受这样的高温，会碎裂，根本不适合使用。斯克拉格和同事现在找到一种方法，可以事先确定，一种物质是否能够耐受生产过程中产生的高温。他们预测，热处理中，反应发生在几层多元半导体化合物上，采用不同衬底，而且表明，退火条件可以控制，以最大限度地提高材料的稳定性和质量。
科学家们研究了不同的物质，如铜铟镓硒(CIGSe)，铜锌锡硒(CZTSe)，和其他不太知名的三元和四元半导体。斯克拉格认为，新的方法有很大的帮助，可以找到更好的吸收材料。“在那里，有很多的替代材料，其中有一些非常有前途，也有一些可能永远不会满足太阳能电池的要求。这些替代材料中，只有为数不多的获得所需的时间和资源，得到开发，达到足够高的水平。我们不是专注于一种单一的材料，而是采取更广泛的做法，提供的这种方法可以确定哪些材料可能有用，哪些有根本上的局限性。”他说。
