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【資料圖】

據(jù)報道，美國普林斯頓工程學院的研究人員近期開發(fā)出了首個具有商業(yè)可行性使用壽命的鈣鈦礦太陽能電池，這是新興可再生能源技術(shù)的一個重要里程碑。該團隊預計，這種設(shè)備的使用壽命可以達到30年左右，遠遠超過當前太陽能電池常見的20年使用期。

據(jù)稱，該設(shè)備不僅非常耐用，而且還符合常見的效率標準。它是同類產(chǎn)品中第一個可與硅基電池相媲美的產(chǎn)品，硅基電池自1954年問世以來一直占據(jù)市場主導地位。

鈣鈦礦是一種具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的半導體，使其非常適合用于太陽能電池技術(shù)。它們可以在室溫下制造，比硅耗能少得多，因此生產(chǎn)成本更低，更可持續(xù)。硅堅硬而不透明，而鈣鈦礦可以被制造得靈活而透明，將太陽能擴展到遍布美國山坡和屋頂?shù)臉酥拘悦姘逯狻?/p>

但與硅不同，鈣鈦礦是出了名的脆弱。早期的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）是在2009年到2012年間制造的，只能運行幾分鐘。盡管后續(xù)技術(shù)大有突破，但始終無法與硅基太陽能電池相媲美，硅基電池的使用壽命一般在15年至25年之間。

因此，此次普林斯頓大學的最新研究成果對于鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用無疑有著深遠的影響。該團隊在近期發(fā)表在《科學》雜志上的一篇論文中揭示了他們的新設(shè)備和測試此類設(shè)備的新方法，并稱創(chuàng)紀錄的設(shè)計突出了PSC的持久潛力，特別是作為推動太陽能電池技術(shù)超越硅極限的一種方式。

多年來，該研究團隊一直在進行多項設(shè)計：將不同的材料分層，以優(yōu)化光吸收，同時保護最脆弱的區(qū)域免受曝光。他們在兩個關(guān)鍵部件之間開發(fā)了一個超薄覆蓋層：吸收鈣鈦礦層和由銅鹽和其他物質(zhì)制成的電荷攜帶層。目標是防止鈣鈦礦半導體在幾周或幾個月內(nèi)燒毀。

研究人員對這些設(shè)計進行了數(shù)十次排列，改變了幾何中的微小細節(jié)，改變了層數(shù)，并嘗試了數(shù)十種材料組合。每個設(shè)計最終都會經(jīng)受該團隊專有的測試，即在加熱的同時照亮設(shè)備來加速老化過程。

這個過程加速了多年定期暴露自然會發(fā)生的事情。研究人員選擇了四種老化溫度，并在這四種不同的數(shù)據(jù)流中測量了結(jié)果，從典型夏日的基線溫度到高于水沸點的230華氏度的極端溫度，并測量它們隨著時間的推移而下降的性能。

研究人員稱，這個過程加速了多年定期暴露在自然環(huán)境中會發(fā)生的事情。他們選擇了四種老化溫度，并在這四種不同的數(shù)據(jù)流中測量了結(jié)果，從典型夏日的基線溫度到高于水沸點的230華氏度的極端溫度。

最后，他們從組合數(shù)據(jù)中推斷出該設(shè)備在室溫下數(shù)萬小時連續(xù)照明的性能。結(jié)果表明，在平均溫度為95華氏度的情況下，該設(shè)備在連續(xù)照明下至少五年內(nèi)可以實現(xiàn)80％以上的峰值效率。使用標準轉(zhuǎn)換指標，這相當于在新澤西州普林斯頓等地區(qū)進行了30年的戶外操作。