【科技新知】窗戶化身發電廠 新型太陽能電池壽命長達30年 - Technology - 2021-09-28
Menu
Growth
Wealth
Technology
Strategy

【科技新知】窗戶化身發電廠 新型太陽能電池壽命長達30年

28th September, 2021| In Technology

一項由Michigan State University 領導的研究發表一種新型透明的太陽能電池設計,不僅效率高,使用壽命還高達 30 年。若研發有成,太陽能窗戶將能讓高樓大廈化身成太陽能發電廠,人們或許再也不用擔心建築供電問題。

「太陽能是自工業革命以來,人類生產最便宜的能源形式。」、「在窗戶上使用這些設備後,整棟建築物就化身發電廠」領導該項研究的電氣工程教授Stephen Forrest表示。


目前,矽太陽能電池已經在屋頂市場佔據領導地位,這歸功於其越來越便宜和高效的發電方式。不過,太陽能板不透明且體積龐大,實在不甚美觀,因此科學家將頭腦動到適合用於窗戶的太陽能電池上。

Michigan State University指出,為了減少眩光與熱輻射,人們大多會在窗戶表面覆塗塗層。透明的太陽能電池板可以利用這些能源來減少建築的電力需求,而不是將其浪費掉。
 
傳統太陽能材料為不透明、硬脆的矽晶材料,若要開發出透光的太陽能窗戶,勢必得尋找新的光吸收材料。去年該團隊就已研發出效率達 8% ,透明度落在 43.3%的碳基有機太陽能板。



團隊研發的有機太陽能板雖然顏色有點泛綠,但團隊認為整體看來更像太陽眼鏡跟汽車遮陽的灰色,同時團隊也有研發另一個版本的銦錫氧化物透明太陽能電池,還用銀電極將轉換效率提高到 10.8%,透光度也增加到 45.8%。

有機太陽能電池具有輕薄、低成本、易回收、可撓,可噴塗等優點,未來有機會應用在電動車、飛機機翼、建築物、玻璃甚至是衣服上。該技術有一大挑戰,即是難以拿捏其光敏層厚度:光敏層太厚會減少光電轉換效率與輕便性,太薄又難以用低成本方式製造。

為了在不影響光電轉換效率之下提升光敏層厚度,該團隊用非富勒烯受體(non-fullerene acceptors,NFAs,也有人簡稱 IDIC)來打造有機太陽能的光敏層,進一步將光電轉換效率提升至 12.01%,且即使厚度增加到 300 nm,光電轉換效率也不會下降。

光敏層可說是太陽能電池的命脈,負責將太陽光轉變成電能。為了產生電流,電池吸收光子時會產生電子電洞對(Electron-Hole Pair),並透過「電荷分離」來分開帶正電的電子與帶負電的電洞粒子,讓這些粒子抵達電極來發電。
 
在過去 30 年的研究中,多數有機太陽能電池,有 30% 能量會在電荷分離中遺失,直到近年來科學界找到新型有機材料 NFAs,該材料可減少近 50% 電荷分離造成的能量損失,並讓有機太陽能電池轉換效率突破至 14% 左右,但是電池的壽命並不長久。
 
「非富勒烯受體具有非常高的效率,但包含在高能光子下容易解離的弱點,尤其是陽光中常見的紫外線」Michigan State University電氣工程和計算機科學助理研究科學家李永熙說。因此,想加強電池壽命,就得增加紫外線防禦。



團隊首先在玻璃面向太陽的一面添加了一層氧化鋅——一種常見的防曬成分,以阻擋紫外線。
 
此外,將帶正電的“電洞”(本質上是由電子騰出的空間)吸引到電路中的電極也可以與光吸收劑(light absorber)發生反應。為了保護那一側,他們增加了另一個緩衝層,這是一個形狀像足球的富勒烯。

富勒烯是一種完全由碳組成的中空分子,具高導電性。

接著,團隊在不同強度的模擬陽光下測試了他們的新防禦,從典型的 1 個太陽到 27 個太陽的光,以及高達 150 華氏度的溫度。通過研究在這些條件下性能如何下降,該團隊推斷太陽能電池在 30 年後仍能以 80% 的效率運行。
 
團隊也已經將模塊的透明度提高到 40%。他們相信他們可以接近 60% 的透明度。另外,團隊還致力於將效率從報告的半透明模塊中實現的 10% 提高到接近被認為在高透明度下可能達到的 15%。由於材料可以製成液體,因此預計製造成本相對較低。
 
 資訊參考來源: Techxplore
 


Back

最新文章

【商業策略】迪士尼成立98年周年 回顧世界上最成功的娛樂及媒體公司

迪士尼的娛樂帝國,由1923年成立的華特迪士尼動畫工作室(Walt Disney Animation Studios)開始,其後於1929年,改名為「迪士尼兄弟動畫工作室」(Disney...
22nd October, 2021 | In Strategy

【財富增值】德雜貨配送獨角獸Gorillas 獲近 10 億美元C輪融資

總部位於德國柏林的食品科技新創Gorillas已獲得由Delivery Hero領投的C 輪融資,募集近10 億美元的資金。該C輪融資由另一家專注於雜貨配送初創公司,同樣來自德國的...
22nd October, 2021 | In Wealth

【個人成長】 改不了稀缺心態 這輩子都不會有錢!

富者恆富,窮者恆窮,這中間「稀缺心態」起著關鍵作用,到底稀缺心態會造成怎樣的後果,要如何避免?思維影響著人的行為及成就,有人說窮人是因為他們有著「窮人思維」。而「窮人思維」裡的「窮」字指的是稀缺...
22nd October, 2021 | In Growth

【個人成長】狂砸76台雪櫃成名 中國最大家電生產商海爾CEO張瑞敏成功之路

根據中國大陸CNPP數據研究,中國最大家電生產製造企業海爾(Haier)是最受中國人民喜愛的家電品牌,而執行長張瑞敏正是將海爾推上顛峰的功臣。從禁止工人在廠內大小便開始展現執行力的張瑞敏...
21st October, 2021 | In Growth

【商業策略】 售價不到百萬台幣!鴻海搶攻平價電動車市場

鴻海科技發表三款全新電動車,分別是價格不到百萬台幣(三萬六千美元)的Model C、商務旗艦車Model E和電動巴士Model T。根據鴻海表示,這三款電動車,將不會掛上鴻海的品牌...
21st October, 2021 | In Strategy

【個人成長】 從很好到「頂尖」 良好反饋是高效學習關鍵

頂尖運動員都是靠刻意練習而登上顛峰,其中要訓練是心理表徵,而反饋機制是想要從「很好」邁向「頂尖」重要的過程。要努力過了才知道天賦有多重要,在某專業領域有天分的人學習起來會更快是沒錯,但不管有沒天賦...
20th October, 2021 | In Growth

【商業策略】無人能出其右 通用汽車看好電動貨車 目標超越Tesla

美國政府決心朝向減排、更環保的電動車邁進,這帶動汽車巨擎通用汽車的各項計畫,他們將在加拿大翻建電動貨車工廠,及在美國的開發園區內,興建一座新的電池研發中心,屆時電池的前後段作業...
20th October, 2021 | In Strategy

【科技創新】電動車拚輕量化!全球企業力求材料「減重」

無論是用碳纖維、鋁或鋼材,不同種類打造出的電動車都在追求「輕量化」,當車身重量變輕時,代表著電池需求將下降;而車輛的性能,也就是續航里程及負載能力會變得更好,製造出的碳足跡也跟著減少。近年來...
20th October, 2021 | In Technology

【財富增值】除了購買還能租賃 讓富豪上癮的私人飛機

對往返世界各地的富豪來說,擁有一架私人飛機,或租賃一架飛機數小時,並不是件難事,儘管這並不環保,卻可能令人上癮。根據Forbes報導,Bill Gates的私人投資公司Cascade...
20th October, 2021 | In Wealth

【個人成長】 創業千萬別衝動! 3指標確認自己財務準備好了沒?!

創業當老闆是許多人的夢想,但要具體實現不但得有商業計畫,最重要的是你的財務狀況是否跟得上計劃。根據調查,20% 的初創公司在第一年就倒閉,而多達十分之九的公司營運時間無法超過十年。因此為提高成功率...
20th October, 2021 | In Growth