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改善太阳能电池的大部分努力都集中在提高其能量转换效率或降低制造成本上。但现在,MIT的研究人员正打开另一条改善的通道:产生最薄,最轻巧的太阳能电池板。 这样的面板,在每磅材料产生的能量方面,有潜力超越除了反应堆级铀外其他任何物质,可以由一个分 子厚的材料的成叠薄板制成,例如石墨或二硫化钼。 Carl Richard Soderberg动力工程系副教授MIT的JeffreyGrossman说,新的方法为太阳能“推动了极限功率转换,可能是从材料上”。Grossman是一份报纸的资深作者,他描述了这种方法,发表在“纳米快报”(Nano Letters)杂志上。 Grossman说,虽然科学家们近年来为像石墨烯这种二维材料的潜力投入了大量精力,它们在太阳能应用方面潜力的研究却很少。他说:“事实证明,他们不仅是可以的,而且它们做得简直是惊人的完美。”此外,他还表示,使用两层这种原子材料,他的团队已经预测太阳能电池将太阳光转换为电能的效率为1%至2%,这与标准的硅太阳能电池15〜20%的效率相比之下很低,但它已经实现了使用比纸巾更薄、更轻几千倍的材料。 两个层的太阳能电池仅1纳米厚,而典型的硅太阳能电池可以是数百数千倍。几个这些二维层的堆积,可以显着提高效率。 “堆叠数层,可以拥有更高的效率,而这也是与其它完善的太阳能电池技术竞争主要的因素。”论文的主要作者、MIT材料科学系博士后Marco Bernardi说。正通过MISTI Italy计划来访问MIT的University of Rome高级研究员Maurizia Palummo,也是合著者之一。 Bernardi说,对于应用程序而言,重量是一个关键因素,比如在航天器、航空上的使用,或是在运输成本显著的发展中国家偏远地区的使用,这样的轻量级细胞已经拥有了很大的潜力。他说,均等地,新型太阳能电池可产生传统PV1000倍以上的功率。凭借约1纳米(十亿分之一米)的厚度,“这是今天可以作出的最薄的太阳能电池的20至50倍薄,”Grossman补充说,“你不可能让太阳能电池更薄了。” 这种细长的特点不仅有利于航运业,也便于安装的太阳能电池板。现今将近一半左右的面板成本的用来支持结构,安装,接线和控制系统,通过使用更轻的结构,可以减少开支。 此外,材料本身是比用于标准太阳能电池的高纯硅的成本要低得多。因为片材是如此之薄,它们只需要的少到微不足道的原料。 到目前为止,MIT的研究小组证明原子材料太阳能发电的潜力的工作“仅仅是个开始,”Grossman说。 另一方面,在这项工作中所使用的材料二硫化钼和钼硒醚,只是许多潜力有待被研究的2-D材料中的两个,更不用说材料夹在一起的不同组合了。 “这里有整个核粒子园的材料可以被探索,”Grossman说,“我的希望是,这项工作为人们设置了一个舞台,来用一种新的方式思考这些材料。” 虽然现下还没有大规模生产二硫化钼和钼二硒的方法,但这是一个活跃的研究领域。“可制造性是一个至关重要的问题,”Grossman说,“但我认为这是一个可以解决的问题。” 这种材料的一个附加的优点是它们的长期稳定性,即使在露天环境下,而其他太阳能电池的材料必须在一层沉重昂贵的玻璃的保护下。“这在空气中是基本稳定的,无论是紫外线照射下,还是潮湿环境里,”Grossman说,“这是非常强大的。” Grossman说,迄今为止,这项工作一直建立在材料计算机建模的基础上,并补充说明他的小组正试图生产此类设备。“我认为这只是清洁能源利用2-D材料的冰山一角。”他说。 |