9778818威尼斯官网纳米结构将使硅能太阳能电池成

据加拿大不列颠哥伦比亚大学官网近日消息,该校研究人员开发了一种便宜且可持续的方法,利用细菌将光转化为能量来制造太阳能电池,这种新电池产生的电流密度比以前此类设备更强,且在昏暗光线下的工作效率与在明亮光线下一样。

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”,是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。它只要被满足一定照度条件的光照,瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。虽然太阳能电池在世界各地越来越常见,但有很大的局限性,需要直射阳光。另外个人太阳能系统不适合许多家庭,因为它们位于经常阴天的地区。

据美国物理学家组织网近日报道,新加坡科学家将一个新奇的纳米结构(比人的头发丝小数千倍)置于非结晶硅制成的太阳能电池的表面,研制出了一种转化效率高、成本低的新型薄膜太阳能电池。科学家们认为,最新技术有望将太阳能电池的制造成本减半。

纳米结构让硅薄膜太阳能电池成本减半

研究人员表示,要在北欧和不列颠哥伦比亚省这样阴雨天气比较多的地方广泛采用太阳能电池,这项创新迈出了重要一步。随着技术进一步发展,这类由活体有机物制成——源于生物的太阳能电池效率可媲美传统太阳能电池板内使用的合成电池。

据美国《每日科学》7月5日报道,加拿大不列颠哥伦比亚大学化学和生物工程系维克拉姆帝亚·亚达夫教授领导的研究团队最近研制出一种新型太阳能电池,产生的电流比之前记录的任何类似装置都要强,而且无论在强光和弱光环境下都同样有效,即使在阴天也能将光转换成能量。与常用的太阳能产品不同,这些新开发的太阳能电池含有生物体,使其具备“生物成因”。

目前太阳能电池一般都由高品质的硅晶体制成,因此,大大提高了其制造成本,限制了太阳能电池在全球大规模的应用。南洋理工大学和新加坡微电子研究院的科学家制造出的这种新的薄膜硅太阳能电池则解决了这个问题。

据美国物理学家组织网近日报道,新加坡科学家将一个新奇的纳米结构(比人的头发丝小数千倍)置于非结晶硅制成的太阳能电池的表面,研制出了一种转化效率高、成本低的新型薄膜太阳能电池。科学家们认为,最新技术有望将太阳能电池的制造成本减半。

以前建造源于生物的电池时,采取的方法是提取细菌光合作用所用的天然色素,但这种方法成本高且过程复杂,需要用到有毒溶剂,且可能导致色素降解。

9778818威尼斯官网纳米结构将使硅能太阳能电池成本减半,借助细菌打造的太阳能电池。这种含有大肠杆菌的生物太阳能电池是将光转换为能量的太阳能电池板的一部分,在阳光直射条件下的效果最佳。虽然生物太阳能电池的想法并不新鲜,但以前的研究都致力于提取出细菌用于光合作用的天然染料,没有提出有效的解决方案。整个过程非常复杂,成本十分昂贵。不仅需要使用有毒的溶剂,而且有可能导致染料降解。

科学家们首先使用品质比较差、厚度仅为传统太阳能电池所用硅晶体百分之一的非结晶硅薄膜,制造出了一种薄膜硅太阳能电池,大大降低了太阳能电池的制造成本。

目前太阳能电池一般都由高品质的硅晶体制成,因此,大大提高了其制造成本,限制了太阳能电池在全球大规模的应用。南洋理工大学和新加坡微电子研究院的科学家制造出的这种新的薄膜硅太阳能电池则解决了这个问题。

为解决上述问题,研究人员将色素留在细菌中。他们通过基因工程改造大肠杆菌,生成了大量番茄红素。番茄红素是一种赋予番茄红色的色素,对于吸收光线并转化为能量来说特别有效。研究人员为细菌涂上了一种可以充当半导体的矿物质,然后将这种混合物涂在玻璃表面。他们采用涂膜玻璃作为电池阳极,生成的电流密度达0.689毫安/平方厘米,而该领域其他研究人员实现的电流密度仅为0.362毫安/平方厘米。

亚达夫团队另辟蹊径,提出保留细菌中的这些生物染料。他们使用了一种基因工程菌株大肠杆菌,来产生大量的番茄红素这种天然染料,让番茄获得了红橙色色彩,而番茄红素将光转变成能量的效率特别高。研究人员为大肠杆菌包裹了一层矿物质来充当半导体,并且将其放置到一种玻璃表面上。他们借助镀膜玻璃充当太阳能电池的一个电极,这个装置获得了每平方毫米0.686毫安的电流密度,比野外的其它生物太阳能电池提高了0.362毫安。

但这种电池在将太阳光转化为电力方面的效率较低,为此,科学家们使用纳米技术在非结晶硅太阳能电池表面制造出了一种独特的纳米结构,改进了这种薄膜硅电池的转换效率,增加了能源输出。新的纳米结构硅薄膜太阳能电池产生的电流是34.3毫安/平方厘米,与传统电池的输出电流(40毫安/平方厘米)相当。

科学家们首先使用品质比较差、厚度仅为传统太阳能电池所用硅晶体百分之一的非结晶硅薄膜,制造出了一种薄膜硅太阳能电池,大大降低了太阳能电池的制造成本。

项目负责人、UBC化学和生物工程系教授维克拉姆帝亚·亚达夫表示:“我们记录了源自生物的太阳能电池的最高电流密度。我们正在开发的这些混合材料,使其可通过经济且可持续的方法制造,且最终效率能与传统太阳能电池相媲美。”

“我们为加拿大哥伦比亚省研究的这种独特解决方案,让太阳能技术走出更加经济的重要一步,创下了生物太阳能电池最高电流密度的记录。”亚达夫教授称,“研发的生物太阳能电池制造成本低廉而且具有可持续性,经过进一步的研发与完善,它有可能和传统太阳能电池板中使用的人造电池同样高效。”

该研究项目的领导者、新加坡微电子研究院高级研究员纳瓦·辛表示:“新的纳米方法让这种薄膜太阳能电池获得了有史以来最高的短路电流密度以及5.26%的转化效率。”

但这种电池在将太阳光转化为电力方面的效率较低,为此,科学家们使用纳米技术在非结晶硅太阳能电池表面制造出了一种独特的纳米结构,改进了这种薄膜硅电池的转换效率,增加了能源输出。新的纳米结构硅薄膜太阳能电池产生的电流是34.3毫安/平方厘米,与传统电池的输出电流(40毫安/平方厘米)相当。

亚达夫相信,这一工艺会将色素的生产成本降低10%。他们的终极梦想是找到一种不会杀死细菌的方法,从而无限地制造色素。此外,这种源于生物的材料还可广泛应用于采矿、深海勘探以及其他低光环境等领域。

这项研究的重大成果在于发现了一个不会杀死细菌的过程,能够无限期地制造生物染料。可以大大节省成本,至少能将染料提取的费用降低10%。因此能够进一步推广到更多的地方,像哥伦比亚省和北欧经常阴天的部分地区。这种生物太阳能电池技术拥有其它的潜在应用,比如说采矿业、深海探索和其它低光照环境中等。

然而,一般晶体硅电池的转化效率为20%至25%。纳瓦·辛认为,鉴于短路电流密度与转化效率直接相关,通过不断改进填充率、增加开路电流的电压,能让这种硅薄膜太阳能电池的转化效率最终提高到与晶体硅太阳能电池相当。他们接下来将集中于探索其他捕光策略,比如使用表面等离子体光子学技术来捕光等。

该研究项目的领导者、新加坡微电子研究院高级研究员纳瓦:辛表示:“新的纳米方法让这种薄膜太阳能电池获得了有史以来最高的短路电流密度以及5.26%的转化效率。”

然而,一般晶体硅电池的转化效率为20%至25%。纳瓦:辛认为,鉴于短路电流密度与转化效率直接相关,通过不断改进填充率、增加开路电流的电压,能让这种硅薄膜太阳能电池的转化效率最终提高到与晶体硅太阳能电池相当。他们接下来将集中于探索其他捕光策略,比如使用表面等离子体光子学技术来捕光等。

南洋理工大学电机与电子工程学院院长郑世强表示,太阳能电池要想在全球各地“遍地开花”,提高低成本太阳能电池的转化效率非常重要。南洋理工大学一直致力于研究便宜高效其容易制造的太阳能电池,以便太阳能电池在未来的可再生能源家族中发挥更大的作用和影响力。

新加坡微电子研究院院长孔迪立表示:“薄膜太阳能电池的需求量在2013年可能会翻番。”

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