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辣椒、除草剂都可以拿来用,跨领域提高太阳能性能

2024-11-02 208


其实有很多东西可以用来提高太阳能性能。像是名字俗搁好记的“敌草快”,除了是一种兼具干燥剂与橙剂作用的除草剂,科学家还发现,还可以提高有机太阳能转换效率 1.6% ;又或是加一味增添香气的辣椒,也能用来增加钙钛矿太阳能的稳定性。

通常太阳能板是由硅等无机材料制成,钙钛矿太阳能与有机太阳能则是一种光电材料突破。有机太阳能主要使用导电聚合物或染料小分子制成,在制程方面不仅能让喷涂、印刷太阳能成为可见的未来,有机太阳能板还具备重量轻、可挠等优势,大幅提高太阳能板的应用范围,有望装置在衣服、穿戴式装置等。

钙钛矿太阳能则是由便宜、丰富的碘、碳和铅化学物质制成,所需能源较少,且钙钛矿重量轻、又可以制成可挠模组,太阳能板设计能更加多样,更何况转换效率还达 25%。

而为了要加速这两种太阳能的进展,势必要提高光电转换效率、简化制程最后降低成本。其中在又机太阳能实验中,沙特阿拉伯阿布都拉国王科技大学(KAUST)把敌草快加入有机太阳能的施体(Donor)。

就如同大多太阳能技术一样,太阳能设备有 P 型区域与 N 型区域两大重要元件,分别集中净负电荷与正电荷,通常当光子被电池吸收时, PN 接面会产生电子电洞对(electron-hole pair,也称为激子),电子和失去电子的电洞会朝相反方向移动,进而产生电流与电压。

在有机太阳能制程中,把被称为受体(Acceptor)/施体(Donor)的原子分别参杂在有机材料中,就能让它变成 P 型与 N 型层,就与制造 P 型 N 型半导体类似,只是材料从有机材料换成半导体。

KAUST 便看中敌草快的性能,把敌草快当成施体、作为 N 型材料,也成功将有机太阳能转换效率从 16.7% 提高到 17.4%,在另一个有机材料中,更增加到18.3%,团队认为,敌草快不仅提高材料光吸收率,更一并延长电荷生命期。博士后 Yuanbao Lin 认为,有机会打造 20% 的有机太阳能电池。

在钙钛矿太阳能研究中,中国华东师范大学科学家则发现辣椒素(Capsaicin)的妙用,可以活化钙钛矿晶粒,有助加速电子传输,论文资深作者 Qinye Bao 表示,考虑到辣椒素的电、化学、光学和稳定性,认为他是个有潜力的材料。

研究人员将占 0.1% 重量的辣椒素加到钙钛矿甲基碘化三铵铅(MAPbI3)的前体(precursor)中,得出转换效率达 21.88% 的电池,比过去的 19.1% 还要高,稳定性表现也不错,800 小时后仍有 90% 以上的效率。

有些科学家会在自然环境与日常生活中撷取灵感,像是以闪蝶属为发想的隐形太阳能板等,不过这两项实验都没有透露为什么会选用这些材料。

  • Impurities boost performance of organic solar cells
  • Herbicide may improve organic cell efficiency by up to 1.6%
  • 半导体的构成
  • Sprinkle of chili compound boosts perovskite solar cell efficiency
  • Chemical that makes chilli peppers spicy boosts solar panel cells

(首图来源:KAUST)

2021-02-21 16:05:00

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