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【資料圖】

據(jù)報(bào)道，美國(guó)普林斯頓工程學(xué)院的研究人員近期開(kāi)發(fā)出了首個(gè)具有商業(yè)可行性使用壽命的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，這是新興可再生能源技術(shù)的一個(gè)重要里程碑。該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)，這種設(shè)備的使用壽命可以達(dá)到30年左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)前太陽(yáng)能電池常見(jiàn)的20年使用期。

據(jù)稱(chēng)，該設(shè)備不僅非常耐用，而且還符合常見(jiàn)的效率標(biāo)準(zhǔn)。它是同類(lèi)產(chǎn)品中第一個(gè)可與硅基電池相媲美的產(chǎn)品，硅基電池自1954年問(wèn)世以來(lái)一直占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

鈣鈦礦是一種具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，使其非常適合用于太陽(yáng)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(jiān)硬而不透明，而鈣鈦礦可以被制造得靈活而透明，將太陽(yáng)能擴(kuò)展到遍布美國(guó)山坡和屋頂?shù)臉?biāo)志性面板之外。

但與硅不同，鈣鈦礦是出了名的脆弱。早期的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）是在2009年到2012年間制造的，只能運(yùn)行幾分鐘。盡管后續(xù)技術(shù)大有突破，但始終無(wú)法與硅基太陽(yáng)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(xué)的最新研究成果對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化應(yīng)用無(wú)疑有著深遠(yuǎn)的影響。該團(tuán)隊(duì)在近期發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文中揭示了他們的新設(shè)備和測(cè)試此類(lèi)設(shè)備的新方法，并稱(chēng)創(chuàng)紀(jì)錄的設(shè)計(jì)突出了PSC的持久潛力，特別是作為推動(dòng)太陽(yáng)能電池技術(shù)超越硅極限的一種方式。

多年來(lái)，該研究團(tuán)隊(duì)一直在進(jìn)行多項(xiàng)設(shè)計(jì)：將不同的材料分層，以?xún)?yōu)化光吸收，同時(shí)保護(hù)最脆弱的區(qū)域免受曝光。他們?cè)趦蓚€(gè)關(guān)鍵部件之間開(kāi)發(fā)了一個(gè)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(biāo)是防止鈣鈦礦半導(dǎo)體在幾周或幾個(gè)月內(nèi)燒毀。

研究人員對(duì)這些設(shè)計(jì)進(jìn)行了數(shù)十次排列，改變了幾何中的微小細(xì)節(jié)，改變了層數(shù)，并嘗試了數(shù)十種材料組合。每個(gè)設(shè)計(jì)最終都會(huì)經(jīng)受該團(tuán)隊(duì)專(zhuān)有的測(cè)試，即在加熱的同時(shí)照亮設(shè)備來(lái)加速老化過(guò)程。

這個(gè)過(guò)程加速了多年定期暴露自然會(huì)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(cè)量了結(jié)果，從典型夏日的基線(xiàn)溫度到高于水沸點(diǎn)的230華氏度的極端溫度，并測(cè)量它們隨著時(shí)間的推移而下降的性能。

研究人員稱(chēng)，這個(gè)過(guò)程加速了多年定期暴露在自然環(huán)境中會(huì)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(cè)量了結(jié)果，從典型夏日的基線(xiàn)溫度到高于水沸點(diǎn)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(wàn)小時(shí)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(shí)現(xiàn)80％以上的峰值效率。使用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換指標(biāo)，這相當(dāng)于在新澤西州普林斯頓等地區(qū)進(jìn)行了30年的戶(hù)外操作。