【科技新知】窗戶化身發電廠 新型太陽能電池壽命長達30年 - Technology - 2021-09-28 | Asia Business Leaders
Menu
Growth
Wealth
Technology
Strategy
NEWS

【科技新知】窗戶化身發電廠 新型太陽能電池壽命長達30年

28th September, 2021| In Technology

一項由Michigan State University 領導的研究發表一種新型透明的太陽能電池設計,不僅效率高,使用壽命還高達 30 年。若研發有成,太陽能窗戶將能讓高樓大廈化身成太陽能發電廠,人們或許再也不用擔心建築供電問題。

「太陽能是自工業革命以來,人類生產最便宜的能源形式。」、「在窗戶上使用這些設備後,整棟建築物就化身發電廠」領導該項研究的電氣工程教授Stephen Forrest表示。


目前,矽太陽能電池已經在屋頂市場佔據領導地位,這歸功於其越來越便宜和高效的發電方式。不過,太陽能板不透明且體積龐大,實在不甚美觀,因此科學家將頭腦動到適合用於窗戶的太陽能電池上。

Michigan State University指出,為了減少眩光與熱輻射,人們大多會在窗戶表面覆塗塗層。透明的太陽能電池板可以利用這些能源來減少建築的電力需求,而不是將其浪費掉。
 
傳統太陽能材料為不透明、硬脆的矽晶材料,若要開發出透光的太陽能窗戶,勢必得尋找新的光吸收材料。去年該團隊就已研發出效率達 8% ,透明度落在 43.3%的碳基有機太陽能板。

20210924_Content_1 (2).jpg

團隊研發的有機太陽能板雖然顏色有點泛綠,但團隊認為整體看來更像太陽眼鏡跟汽車遮陽的灰色,同時團隊也有研發另一個版本的銦錫氧化物透明太陽能電池,還用銀電極將轉換效率提高到 10.8%,透光度也增加到 45.8%。

有機太陽能電池具有輕薄、低成本、易回收、可撓,可噴塗等優點,未來有機會應用在電動車、飛機機翼、建築物、玻璃甚至是衣服上。該技術有一大挑戰,即是難以拿捏其光敏層厚度:光敏層太厚會減少光電轉換效率與輕便性,太薄又難以用低成本方式製造。

為了在不影響光電轉換效率之下提升光敏層厚度,該團隊用非富勒烯受體(non-fullerene acceptors,NFAs,也有人簡稱 IDIC)來打造有機太陽能的光敏層,進一步將光電轉換效率提升至 12.01%,且即使厚度增加到 300 nm,光電轉換效率也不會下降。

光敏層可說是太陽能電池的命脈,負責將太陽光轉變成電能。為了產生電流,電池吸收光子時會產生電子電洞對(Electron-Hole Pair),並透過「電荷分離」來分開帶正電的電子與帶負電的電洞粒子,讓這些粒子抵達電極來發電。
 
在過去 30 年的研究中,多數有機太陽能電池,有 30% 能量會在電荷分離中遺失,直到近年來科學界找到新型有機材料 NFAs,該材料可減少近 50% 電荷分離造成的能量損失,並讓有機太陽能電池轉換效率突破至 14% 左右,但是電池的壽命並不長久。
 
「非富勒烯受體具有非常高的效率,但包含在高能光子下容易解離的弱點,尤其是陽光中常見的紫外線」Michigan State University電氣工程和計算機科學助理研究科學家李永熙說。因此,想加強電池壽命,就得增加紫外線防禦。

20210924_Content_2 (2).jpg

團隊首先在玻璃面向太陽的一面添加了一層氧化鋅——一種常見的防曬成分,以阻擋紫外線。
 
此外,將帶正電的“電洞”(本質上是由電子騰出的空間)吸引到電路中的電極也可以與光吸收劑(light absorber)發生反應。為了保護那一側,他們增加了另一個緩衝層,這是一個形狀像足球的富勒烯。

富勒烯是一種完全由碳組成的中空分子,具高導電性。

接著,團隊在不同強度的模擬陽光下測試了他們的新防禦,從典型的 1 個太陽到 27 個太陽的光,以及高達 150 華氏度的溫度。通過研究在這些條件下性能如何下降,該團隊推斷太陽能電池在 30 年後仍能以 80% 的效率運行。
 
團隊也已經將模塊的透明度提高到 40%。他們相信他們可以接近 60% 的透明度。另外,團隊還致力於將效率從報告的半透明模塊中實現的 10% 提高到接近被認為在高透明度下可能達到的 15%。由於材料可以製成液體,因此預計製造成本相對較低。
 
 資訊參考來源: Techxplore
 


Back

最新文章

【個人成長】哈佛研究:5個更討喜的說話技巧

「你好嗎?」可能是最多人用來展開對話的一句說話。然而這或許並不是一個好的開始:問的人不一定想知道答案,答的人也不一定會說真話。對話人人都會,但並不是人人都會進行良好的對話。其實只要運用適當的技巧...
6th April, 2025 | In Growth

「世界合一論壇」2025 圓滿舉行 香港充分發揮作為國際金融中心及綠色金融的領導者 為ESG投資及綠色創新的發展奠定堅實基礎

由可持續科技學院(Institute of Sustainability and Technology)主辦,One Earth Alliance 及世界經濟論壇(World Economic...
31st March, 2025 | In Strategy / NEWS

「橘色鍋」撐起千億市場!百年前的法國工匠如何打造世界級廚具帝國

在法國,一個小鎮的冶金工廠裡,一場改變烹飪世界的革命正在醞釀。1925年,來自比利時的Armand Desaegher與Octave Aubecq共同創立Le Creuset,將鑄鐵與琺瑯技術結合...
27th March, 2025 | In Strategy

東南亞旅遊界的 Airbnb?這位工程師靠 AI 與支付創新改變市場!

當談到東南亞的旅遊業,有一個名字不可忽視,那就是Traveloka。這家成立於2012年的在線旅遊平台,短短幾年內便突破了市場的重圍,成為該地區領先的旅遊平台之一。它不僅提供機票、酒店訂房...
27th March, 2025 | In Strategy

19 家分店、24 小時營運!Jeff Moore 如何將健身變成一門高利潤生意

創業的起點,往往來自意想不到的契機。Jeff Moore 的故事,就是一個典型的例子。身為前海軍特種部隊(Navy SEAL)成員和消防員/醫護人員,他的人生本應繼續...
27th March, 2025 | In Strategy

咖啡館二代如何翻轉舊品牌?Tyler Kirby 的創新策略經營,讓Simon

在美國佛羅里達州薩拉索塔(Sarasota),Simon's Coffee House 不僅是一間提供美味咖啡與健康餐點的咖啡館,更是一個充滿溫度與故事的社區據點。自 2001 年由英國籍創辦人...
26th March, 2025 | In Strategy

印尼的「超級App」!Gojek如何靠一款App顛覆市場,估值突破100億美元

在東南亞蓬勃發展的科技創業浪潮中,Gojek 以顛覆性的商業模式改變了印尼乃至整個區域的交通與數位支付生態。從最初僅靠20名摩托車司機起步,到成為估值超過100億美元的科技巨頭...
24th March, 2025 | In Strategy

「盲盒經濟」席捲寵物市場!BarkBox靠每月驚喜,10年內成功IPO,市值達2.4億美元!

你有沒有想過,連毛孩都能擁有自己的「驚喜快遞」?BarkBox 就是這樣一個品牌,從 2011 年底由 Matt Meeker、Henrik Werdelin 和 Carly Strife...
24th March, 2025 | In Strategy

【個人成長】如何變富有?理財觀念要從小培養 富人如何啟蒙孩子的金錢觀

市面上有無數的叢書,提倡要從小培養孩子的金錢觀念,包含儲蓄、規劃個人財務報表,甚至做投資或保險等,知名的理財書籍作者Robert T. Kiyosaki,就在其著作Rich Dad’s Rich...
23rd March, 2025 | In Growth

拒絕華爾街年薪,選擇賣「醜蔬果」:Abhi Ramesh如何讓Misfits Market成長數百倍

Misfits Market 是美國近年來發展最快的線上食品雜貨品牌之一,專注於拯救因外觀不佳或過剩而被市場忽略的農產品。自 2018 年成立以來,公司不僅成功減少食物浪費...
20th March, 2025 | In Strategy

Asia Business Leaders Newsletter

With instant updates and exclusive deals