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窗用:“透明防紫外线太阳能电池”新材料 透明太阳能板让“玻璃”发电

  太阳能发电既经济又清洁,可惜太阳能板不够美观。早在2012年,美国研究人员就已经开发出一种新型太阳能板,既能把太阳能转化为电能,又有较高透明度,能用于建筑物窗户,让“玻璃”也发电。

 
 
  加利福尼亚大学洛杉矶分校研究小组称,这种新型聚合物太阳能电池由光敏材料制成,可以把太阳光线中的近红外线转化为电能,对人眼而言,透明度接近70%。研究人员使用近红外光敏感聚合物,并以银纳米复合膜为顶部透明电极。近红外光敏感聚合物能吸收更多近红外光线,但对可见光较为不敏感,从而兼顾了太阳能电池在可见光波长区域的性能和透明度。
 
  研究人员的另一项突破是,透明导体由银纳米线和二氧化钛纳米粒子的混合物制成,取代了先前使用的不透明金属电极,使太阳能电池的光电转化效率更高,达到4%。
 
  研究人员早就在透明或半透明聚合物太阳能电池方面做过很多尝试,但由于聚合物光伏材料和高效透明导体在设备设计和制造过程中出现问题,始终未能解决低透光性或低效能问题。
 
  加州大学洛杉矶分校官网援引研究主持者、材料科学和工程学教授杨洋(音译)的话报道,聚合物太阳能电池在全球范围内引起浓厚兴趣,“我们新开发的这种聚合物太阳能电池由类塑料材料制成,重量轻,有弹性,更重要的是可以大批量、低成本生产”。他说:“这使得透明聚合物太阳能电池可用作便携式电子设备、智能窗和光伏建筑一体化的附加组件。”
 
  聚合物太阳能电池相对于其他太阳能电池具有显着优势,包括低成本。研究人员希望发挥这些优势,让聚合物太阳能电池得到更广泛的应用,譬如高透明光伏设备,包括光伏建筑一体化、便携式电子设备的集成太阳能充电器、智能窗等,让太阳能走进寻常百姓家。
 
  而2016年9月7日的最新报道显示,东京大学等近日宣布,成功合成了一种新材料,能制成适合窗等用的透明且防紫外线的太阳能电池。
 
  发布称,发现了能按需合成最适合实现所期望光功能的金属氧化物异质结构的可能性。这是东京大学(特性研究所松田岩副教授)、日本高能加速器研究机构(组头广志教授)和东京工业大学(小泽健一助教)三人的研究成果。
 
  金属氧化物作为新一代电子元器件材料备受瞩目,已知其代表性材料钛酸锶(SrTiO3)表面呈独特的电子特性。但迄今几乎没有关于表面光学响应的报告。此次明确了可以任意控制光学响应。
 
  由利用激光的原子水平的精密晶体生长技术,在SrTiO3的晶体基板上,生长出几个原子厚的超薄膜钌酸锶(SrTiO3)层,形成了异质结构。并得知,由该SrRuO3的膜厚,可任意控制光学响应。
 
  利用兵库县的大型同步辐射设施“SPring-8”的高亮度软X射线束,测量光电子能谱(对金属和半导体照射光,根据释放的电子能量得知固体表面电子结构的实验方法)发现,因SrRuO3的膜厚不同,SrRuO3膜的电子状态会由半导体变为金属,随之,SrTiO3基板的载流子电子密度会由高变低。
 
  具体来说就是,SrRuO3的膜厚变化时,异质界面的电子结构会剧烈变化,其相应的光学响应会提高200倍等,且光电动势的大小和缓和寿命会敏感地变动。
 
  根据获得的结果进行数值模拟,掌握了光学反应变化所需的光载波的量和动力。由此,能够定量说明氧化物异质结构的光电动势的发生和控制原理。
 
  SrTiO3是能透过可见光但吸收紫外线的半导体材料,SrRuO3层的厚度也只有原子水平,可见光的透过性高。由这些特点,有望成为制作透明且防紫外线的太阳能电池材料。
 
  此次的研究成果预定于当地时间9月5日刊登在德国学术杂志“AdvancedMaterialsInterfaces”上。