透明太陽能電池變得更安全

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植物是將陽光轉化為可用能量形式(即糖)的最有效轉化器。我們的工業化社會受益於它們在過去數十億年中的努力:有機產物,被困在地球深處的時間流逝中,轉化為石油、煤炭和天然氣,這些物質在很大程度上為我們現代世界提供動力。 剔除中間環節——植物和構造過程——似乎是滿足我們能源需求的一個很好的解決方案。但是,用於收集光的人造電池——所謂的太陽能光伏和其他技術——損失的太陽能比它們吸收的更多,並且它們需要大量的能量來製造。一種替代方案,稱為染料敏化太陽能電池,提供類似的能量捕獲和更低的成本,但依賴於潛在的有毒液體成分,阻礙了其廣泛使用。 然而,9月12日在舊金山舉行的美國化學學會會議上提出的研究表明,如何用更安全的液體制造這種電池,並指出了更豐富的光能收集的可能性。

瑞士洛桑聯邦理工學院的化學家邁克爾·格雷策爾在十多年前開發了這些染料敏化電池。 這些電池由廉價、豐富的元件製成,使用二氧化鈦染料將 11% 的入射光轉化為電能——接近今天房主使用的標準太陽能電池的效率,如照片所示。即便如此,這些電池並未得到廣泛應用,主要是因為它們含有有毒液體,如果不加以控制,很容易蒸發。 但格雷策爾和他的同事最近發現,透過用離子液體——由帶電粒子組成的液體,在本例中為碘化咪唑——代替有毒液體,他們可以保持效率,並且不會有蒸發的風險。

根據其創造者的說法,隨著溶劑問題的解決,染料敏化電池具有幾個優點。 格雷策爾指出:“你可以看穿它們。” “我們的電池也不依賴於光的角度。它可以從各個角度捕獲光線。” 這些特性使電池非常適合窗戶或屋頂等應用,儘管它們可能不太適合大型商業應用,例如太陽能發電場,因為它們需要更大的面積才能產生與更典型的矽基太陽能電池相同的電量。


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但在會議上提出的其他研究可能會提高它們的效率:東京理科大學和聖母大學的團隊都展示了新型染料,這些染料可以將此類電池捕獲的光譜擴充套件到紅外範圍。東京團隊依賴於主要由釕組成的染料來吸收紅外光,儘管它與已經使用的二氧化鈦染料重疊太緊密。 另一方面,聖母大學的研究人員使用有機化合物——乙炔和乙烯——試圖擴充套件電池的範圍。 格雷策爾表示,無論是否有這些改進,這種電池都可能在未來幾年開始出現在各種應用中。 但這種透明的紅色電池要達到原始太陽能電池(綠色植物)的光能捕獲能力還有很長的路要走。

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