透明太阳能电池变得更安全

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植物是将阳光转化为可用能量形式(即糖)的最有效转化器。我们的工业化社会受益于它们在过去数十亿年中的努力:有机产物,被困在地球深处的时间流逝中,转化为石油、煤炭和天然气,这些物质在很大程度上为我们现代世界提供动力。 剔除中间环节——植物和构造过程——似乎是满足我们能源需求的一个很好的解决方案。但是,用于收集光的人造电池——所谓的太阳能光伏和其他技术——损失的太阳能比它们吸收的更多,并且它们需要大量的能量来制造。一种替代方案,称为染料敏化太阳能电池,提供类似的能量捕获和更低的成本,但依赖于潜在的有毒液体成分,阻碍了其广泛使用。 然而,9月12日在旧金山举行的美国化学学会会议上提出的研究表明,如何用更安全的液体制造这种电池,并指出了更丰富的光能收集的可能性。

瑞士洛桑联邦理工学院的化学家迈克尔·格雷策尔在十多年前开发了这些染料敏化电池。 这些电池由廉价、丰富的组件制成,使用二氧化钛染料将 11% 的入射光转化为电能——接近今天房主使用的标准太阳能电池的效率,如照片所示。即便如此,这些电池并未得到广泛应用,主要是因为它们含有有毒液体,如果不加以控制,很容易蒸发。 但格雷策尔和他的同事最近发现,通过用离子液体——由带电粒子组成的液体,在本例中为碘化咪唑——代替有毒液体,他们可以保持效率,并且不会有蒸发的风险。

根据其创造者的说法,随着溶剂问题的解决,染料敏化电池具有几个优点。 格雷策尔指出:“你可以看穿它们。” “我们的电池也不依赖于光的角度。它可以从各个角度捕获光线。” 这些特性使电池非常适合窗户或屋顶等应用,尽管它们可能不太适合大型商业应用,例如太阳能发电场,因为它们需要更大的面积才能产生与更典型的硅基太阳能电池相同的电量。


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但在会议上提出的其他研究可能会提高它们的效率:东京理科大学和圣母大学的团队都展示了新型染料,这些染料可以将此类电池捕获的光谱扩展到红外范围。东京团队依赖于主要由钌组成的染料来吸收红外光,尽管它与已经使用的二氧化钛染料重叠太紧密。 另一方面,圣母大学的研究人员使用有机化合物——乙炔和乙烯——试图扩展电池的范围。 格雷策尔表示,无论是否有这些改进,这种电池都可能在未来几年开始出现在各种应用中。 但这种透明的红色电池要达到原始太阳能电池(绿色植物)的光能捕获能力还有很长的路要走。

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