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太阳能电池技术 效率上突破

廉价、高效、耐用、方便的太阳能电池是研究者的梦想

澳洲拟建的大型太阳能发电设备,占地直径7公里,中心塔高1公里,将是世界最高建筑。(法新社)

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【大纪元5月4日讯】石油、天然气……这些经历亿万年积累形成的能源正在不可逆地被消耗着,总有一天会坐吃山空。因此,科学家和工程师们在可持续能源的开发方面可谓费尽心机。太阳能作为取之不尽的能源,多年来一直是主要研究方向之一。

虽然对于太阳能的使用由来以久,但是鉴于能量转化和保存技术上的困难,至今对太阳能的利用仍然不够普及。世界各国在开发太阳能电池技术方面投入很大,近来在能量转化效率方面也有不小的突破。

*太阳能的利用

严格的讲,地球上的生命都靠太阳的能量生存。石油、煤这些当代最常用的能源,是远古时期的生物将太阳能转化为化学能保存下来的,甚至风力和水利能源也是来自于太阳。因此通常人类所说的太阳能是太阳辐射能量。

太阳能的利用主要有两种,一种是所谓光电转换,就是将太阳光的能量转换为电能,大家经常听说的太阳能电池就是属于这一类。还有一种是光热转换,就是利用太阳能给水加热。但是目前太阳能使用的成本很高,转换效率也很低,这些因素都使得太阳能的实用性大打折扣。

技术突破:提高光电转换效率

不过近来在太阳能电池的效率方面有一些技术上的突破,可能为太阳能的利用开辟广阔的前景。有专家认为,在不久的将来,高效、廉价的太阳能电池可能广泛用于手机、电脑、车辆、住房和办公室。

–塑料电池

  塑料也能导电?不错,加州大学圣巴巴拉分校的希格(Alan J. Heeger)不仅是导电塑料的发明者之一,还因此获得了2000年的诺贝尔奖。希格现在再接再厉,开发了太阳能塑料电池。

  希格表示,通过对钛氧层的化学改进等方法,将来的太阳能塑料电池的效率可以达到15%。希格和他的同事们已经研制了效率为5%到6%的塑料电池,据信这在同类电池中已经是最高的了。

  塑料电池的关键在于一种导电的聚合物,研究人员正在用它来开发廉价、高效、耐用的太阳能设备。改进后的塑料电池用途讲十分广泛。

–可作为玻璃涂层的薄膜电池

  瑞士研究人员开发了一种超薄燃料敏感型太阳能电池,其能源实用效率创造了太阳能电池的新高。

  太阳能电池的技术关键在于纳米级的半导体晶体。在实验条件下,这种超薄的二氧化钛膜能量实用效率达到了11%,而一般的太阳能新电池的效率只有4%到5%。

  这类薄膜光敏设备的用途很光。据瑞士联邦技术学院的化学家格雷策尔(Michael Graetzel)介绍说,可以将电池做成可弯折的薄膜,作为窗户玻璃的涂层,从而为家居何办公提供电力。如果作为帐篷表面的涂层,就可以为野外作业的人或士兵提供能源。

  可以预见,薄膜电池将廉价和方便性整合在一起,前景是广阔的。研究人员估计,在两到三年内,消费者就可以在市场上见到薄膜型太阳能电池。

–碳纳米管电池

  另一种可以提高太阳能电池效率的技术是碳纳米管技术。据美国诺特丹姆(Notre Dame)大学的科学家报告说,他们用碳纳米管制作成的半导体太阳能电池可将光能量转换效率提高一倍,达到10%。

  碳纳米管半导体结构包括硫化铬、氧化锌和二氧化钛等物质。据化学家卡马特(Prashant Kamat)介绍说,碳纳米管技术也可以添加在其他类型的太阳能电池中,例如染料敏电池或有机太阳能电池(它们的共同点在于利用导电聚合物),从而提高效率。

–设计新思路:构造立体化

  如何尽可能高效率的将光转化成电能是太阳能电池技术发展的核心。一种新的思路尤然而生,这就是立体化的构造设计。

  你见到过曼哈顿的摩天大楼吗?立体化太阳能电池是由一排排“塔结构”碳纳米管构成。这些碳纳米管的横截面为40微米见方,高100微米,间距10微米。传统设计的太阳能电池会反射大量的阳光,这是光能转换效力低下的主要原因之一。新的立体化设计可以将光线舒服在“塔结构”之间并提高对光能的吸收。美国佐治亚理工学院的工程师莱迪(Jud Ready)的话说,这种设计的目的就在于尽可能的吸收每一个光子。

  另外,传统的设计有很厚的涂层。立体化设计由于使光子吸收效率的增加,表面涂层的厚度就可以相应减少,从而使电子释放的速度加快,进而光子转换为电子的效率也同时增加。研究人员还介绍说,新的设计还能减少电池的大小、重量和机械复杂性。

  目前,这种太阳能电池还在研制中,并可望在不久的将来用于太空设备的电能供应。


使用太阳能电池的笔记本电脑。(法新社)

  
*太阳能-电能的应用

屋顶太阳能面板是目前运用最多的将太阳能转化为电能的实例。太阳能面板实际上就是在阳光照射下会产生直流电的发电装置,通常面板由半导体材料的光伏电池组成。太阳能板可以制成不同形状,小的光伏电池可为手表及计算机提供能源,大的光伏系统可以用于建筑物表面,为房屋提供照明等。

欧美各国都很重视太阳能面板的应用。在日本,越来越多的民居设置太阳能光电板。位于日本中部的长野县饭田市,居民在屋顶设置太阳能光电板的比率甚至达2%。

目前全球最大的屋顶太阳能面板系统位于德国南部比兹塔特(Buerstadt),面积为四万平方公尺,每年的发电量为450万千瓦时。(新纪元周刊第16期) @

视频:三藩市鼓励屋主安装太阳能屋顶

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2007-05-09 11:05 AM
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