透明的太陽能電池你見過沒?

2021-02-08 武漢科學技術館

來源：科研圈

韓國研究團隊開發出一種透明的太陽能電池。研究作者們希望它未來能夠被應用在建築物的窗戶上，以便更加充分地利用太陽能。

不透明的太陽能電池（左）和透明太陽能電池（右）的對比。圖片來源：Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)

來源 Cell Press

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韓國研究人員找到了一種有效且廉價的方法，可以將太陽能電池從不透明轉變為透明。現有的透明太陽能電池往往帶有紅色色調，效率也較低，但通過在晶體矽片上打直徑約 100 μm 的孔（相當於一根頭髮絲大小），就能讓光通過，無需對電池著色。將這些孔按一定策略分布在矽片上，人眼就無法「看到」它。這項研究發表在 12 月 11 日的《焦耳》（Joule）雜誌上。

用天然不透明的晶體矽製造透明太陽能電池，這是太陽能領域最具挑戰的問題之一。大多數太陽能電池犧牲它們的透明度來使效率最大化。市場上最好的太陽能電池效率超過 20%。該研究團隊開發的透明中性色調的太陽能電池表現出長期的穩定性，以及 12.2% 的高功率轉換效率。

韓國蔚山國家科學技術研究所（Ulsan National Institute of Science and Technology，UNIST）的徐官勇（音，Kwanyong Seo）與韓國大學（Korea University）的李升友（音，Seungwoo Lee）是文章的共同資深作者。徐說：「我們團隊成員認為晶體矽是開發玻璃狀、高效、高穩定性、中性色調的太陽能電池的最好材料。起初，我們所有人都覺得這是個瘋狂的想法。主要問題在於晶體矽是不透明的，所以在我們的研究之前，沒有人嘗試製造中性色調的透明晶體矽。」

徐說，透明太陽能電池是把窗戶變成太陽能電池板的理想材料。「目前的太陽能電池需要空間，它們被放置在地面或足夠大的屋頂上，但與窗戶面積相比，屋頂的比例正在逐漸減小。」他說道。

此外，大多數窗戶是垂直的，因此光線會以較小的角度照射在窗戶上。當受到低角度光線照射時，傳統電池中的電流會下降近30%，而透明太陽能電池中的電流只減少不到4%，這使得透明電池能夠更有效地利用太陽能。

徐說：「我們想用透明太陽能電池替換目前的窗戶。但仍有很多難題需要攻克，例如需要取得監管的許可。我們還需要增強透明電池的機械穩定性和強度，使我們的設備足以取代目前建築中的窗戶。」

即便如此，透明晶體矽的商業化依然是有前景的。除了在晶體上打圓孔之外，其製造過程與業界傳統的太陽能電池相似。該團隊的下一步工作是將設備擴大到 25 平方釐米，並將效率提高到 15%。

徐說：「矽基板是半導體行業非常流行的材料，我們相信這一設想可以應用於許多不同的場景，例如透明電子產品。它也可以作為一種能量來源應用於行動裝置。」

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