新材料可大幅提高太阳能电池板的效率

新材料可大幅提高太阳能电池板的效率 美国利哈伊大学的一个研究小组创造了一种材料，它可以大大提高太阳能电池板的效率。使用这种材料作为太阳能电池活性层的原型显示出 80% 的平均光电吸收率、很高的光激发载流子生成率以及前所未有的高达 190% 的外部量子效率 (EQE)这远远超过了硅基材料的肖克利-奎塞尔理论效率极限，并将光伏量子材料领域推向了新的高度。Chindeu Ekuma。资料来源：利哈伊大学物理学教授 Chinedu Ekuma 在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他与利哈伊大学博士生 Srihari Kastuar 合作开发这种材料的论文。先进的材料特性这种材料的效率飞跃主要归功于其独特的"中间带态"，即材料电子结构中的特定能级，使其成为太阳能转换的理想选择。这些态的能级在最佳子带间隙内，即材料能有效吸收阳光并产生电荷载流子的能量范围，约为 0.78 和 1.26 电子伏特。此外，这种材料在电磁波谱的红外线和可见光区域的高吸收率表现尤为出色。以 CuxGeSe/SnS 为活性层的薄膜太阳能电池示意图。资料来源：Ekuma 实验室/利哈伊大学在传统太阳能电池中，最大 EQE 为 100%，即每吸收一个太阳光光子，就能产生和收集一个电子。然而，过去几年中开发的一些先进材料和配置已证明能够从高能光子中产生和收集一个以上的电子，即 EQE 超过 100%。斯里哈里-卡斯图阿尔，利哈伊大学。资料来源：利哈伊大学虽然这种多重激子生成（MEG）材料尚未广泛商业化，但它们有可能大大提高太阳能发电系统的效率。在 Lehigh 开发的材料中，中间带态能够捕获传统太阳能电池通过反射和产热等方式损失的光子能量。材料开发与潜力研究人员利用"范德华间隙"（层状二维材料之间的原子级微小间隙）开发出了这种新型材料。这些间隙可以限制分子或离子，材料科学家通常利用它们来插入或"插层"其他元素，以调整材料特性。为了开发新型材料，利哈伊大学的研究人员在硒化锗（GeSe）和硫化锡（SnS）制成的二维材料层之间插入了零价铜原子。Ekuma 是计算凝聚态物理方面的专家，在对该系统进行了大量计算机建模并证明其理论前景后，他开发了这一原型作为概念验证。他说："其快速反应和更高的效率有力地表明了铜掺杂GeSe/SnS作为一种量子材料在先进光伏应用中的使用潜力，为提高太阳能转换效率提供了一条途径。这是开发新一代高效太阳能电池的理想候选材料，将在满足全球能源需求方面发挥至关重要的作用。"虽然将新设计的量子材料整合到当前的太阳能系统中还需要进一步的研究和开发，但埃库马指出，用于制造这些材料的实验技术已经非常先进。随着时间的推移，科学家们已经掌握了将原子、离子和分子精确插入材料的方法。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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#本周热读 业内专家说，中国限制关键太阳能制造技术出口的计划可能会妨碍美国打造国内太阳能供应链。目前全球几乎所有太阳能硅锭和硅片以及相关制造过程使用的大部分设备都是由中国生产，尤其是对日益占据光伏市场主导地位的大尺寸太阳能电池板而言。

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火山灰被证明是廉价且高效的太阳能储存材料

火山灰被证明是廉价且高效的太阳能储存材料 发表在《储能杂志》上的一项新研究的核心应用是聚光太阳能。所以，不是光伏电池板我们说的是那些在沙漠中的高塔，其周围有一排巨大的抛物面反射镜，旨在精确跟踪太阳并将其光线反射到一个点上。位于加利福尼亚州的 Heliogen 聚光太阳能系统温度超过 1000 °C此时，所有这些聚焦的光束都会产生巨大的热量，通常远远超过 1000 °C（1,832 °F）这就是可怜的"放大镜下的蚂蚁"效应，被放大到了极致。这些热量可以直接用于发电（通常使用蒸汽轮机），也可以通过加热某种热电池储存起来，以供日后使用。许多此类装置都使用熔盐来实现这一目的，因为熔盐的热特性可以在高温下有效地储存和回收热量。不过，熔盐也有很大的缺点：腐蚀性极强，会侵蚀设备，缩短设备的使用寿命。它们的生产成本也很高，而且有时会在较低的温度下凝固，给工作带来麻烦。火山爆发留下的大量火山灰可重新用于廉价的可再生能源存储早在 2021 年，加那利群岛拉帕尔马岛上的一座火山爆发时，周围地区就堆积了 2 亿立方米（按标准新闻单位计算，相当于 70.6 亿立方英尺，或 8 万个奥林匹克游泳池）的火成岩和火山灰废料。因此，火山灰并不短缺。事实上，很多火山灰都作为低成本的散装材料被用于土木工程项目中。但巴塞罗那的研究人员希望测试火山灰作为储热介质的潜力，因此他们将火山灰压制成颗粒，并在 250 到 750 °C （480-1380 °F）之间反复加热和冷却，循环 1000 次。a) 收到的火山灰样品，b) 装有熔融太阳能盐的氧化铝坩埚（右）和与火山灰接触的熔融太阳能盐（左），c) 火山灰片剂，d) 在 250 °C-750 °C 之间循环 1,000 次后的结果他们发现，这种灰烬具有出色的导热性和热容量，并保持物理和化学稳定性，在一千次循环过程中，因氧化而增加的质量仅为 0.54%。更重要的是，他们发现它与熔盐配合使用效果很好。如果将灰烬与熔盐混合在一起，它就能消除熔盐的腐蚀作用，同时还能储存足够的热量，减轻熔盐的凝固趋势，而且成本低廉。在使用熔盐传热的储罐中，将灰分分开保存，灰分几乎可以很好地完成后一部分工作。收到的火山灰和经过 1000 次重热循环后的扫描电子显微镜和 EDS 图像它还适合用作直接的"开放式接收器"在这种布置中，聚光太阳光束将直接瞄准由灰烬建造的结构，从而实现超高温运行和高效的热电转换。研究人员写道："来自拉帕尔马岛的火山灰具有巨大的潜力成为一种替代性和可持续的材料，可应用于 TES 领域......提供具有成本效益的解决方案和潜在的储能节省。"该论文在《储能杂志》上公开发表。 ... PC版： 手机版：