在過去十年左右的時(shí)間里,由于效率的提高,鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)成為可再生能源領(lǐng)域一項(xiàng)非常有前景的技術(shù),其性能很快就能與目前廣泛使用的單晶硅太陽能電池相媲美,甚至超過后者。然而,阻礙它們發(fā)展的是內(nèi)在的不穩(wěn)定性問題和對(duì)要素的脆弱性,這阻礙了它們的主流應(yīng)用。澳大利亞的科學(xué)家們相信,他們可能已經(jīng)找到了解決這些問題的方案,這隱藏在當(dāng)?shù)乩戆l(fā)店地板上掃起的頭發(fā)中。
這一太陽能電池研究的突破實(shí)際上源于昆士蘭科技大學(xué)早期開展的工作,科學(xué)家們能夠利用理發(fā)店的人類頭發(fā)來幫助制造柔性O(shè)LED顯示屏。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于,頭發(fā)中含有豐富的碳和氮,在工程發(fā)光粒子時(shí),這些都是有價(jià)值的特性。科學(xué)家們?cè)?40 °C(464 °F)的溫度下燃燒頭發(fā),將其分解并還原成分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)嵌入碳和氮的材料。
這些由此產(chǎn)生的碳納米點(diǎn)引起了同為昆士蘭科技大學(xué)從事鈣鈦礦研究的科學(xué)家的興趣,他們出于好奇,決定將其整合到太陽能電池中。在這樣做的過程中,該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),納米點(diǎn)在鈣鈦礦表面形成了一個(gè)波浪狀的層,它起到了保護(hù)緩沖的作用,以保持其功能。
"它形成了一種保護(hù)層,一種盔甲,"領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的王紅霞教授說。"它保護(hù)了鈣鈦礦材料免受水分或其他環(huán)境因素的影響,這些因素會(huì)對(duì)材料造成損害。"
除了提高穩(wěn)定性方面,科學(xué)家們報(bào)告說,將碳納米點(diǎn)融入到鈣鈦礦太陽能電池中,還提高了功率轉(zhuǎn)換效率。除了提升穩(wěn)定性和性能外,由理發(fā)店廢料制成的碳納米點(diǎn)還有望為可能成為下一代太陽能電池的關(guān)鍵組件的低成本和可持續(xù)制造工藝。
"在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域,最大的挑戰(zhàn)是解決器件的穩(wěn)定性,使其能夠工作20年或更長(zhǎng)時(shí)間,以及開發(fā)一種適合大規(guī)模生產(chǎn)的制造方法。"王紅霞教授說。"目前,所有報(bào)道的高性能鈣鈦礦太陽能電池都是在濕度和氧氣含量極低的可控環(huán)境下制造的,電池面積非常小,實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為了使該技術(shù)具有商業(yè)可行性,需要克服制造高效大面積、穩(wěn)定、柔性、低成本的鈣鈦礦太陽能電池板的挑戰(zhàn)。"