在通往隐形太阳能电池板的道路上：明天的窗户将如何发电

时间：2021-06-09 16:01:39 来源：

巴黎气候协议五年后，所有人的目光都集中在世界在通往无碳未来的道路上取得的进展。该目标的一个关键部分涉及从化石燃料到可再生能源的能源转型，例如太阳能、水能、风能和波浪能。其中，太阳能作为地球上最可靠、最丰富的能源，一直被科学界寄予厚望。近几十年来，太阳能电池变得更便宜、更高效、更环保。然而，当前的太阳能电池往往是不透明的，这阻碍了它们被更广泛地使用和融入日常材料中，只能排列在屋顶和偏远的太阳能农场中。

但是，如果下一代太阳能电池板可以集成到窗户、建筑物甚至手机屏幕上呢?这是韩国仁川国立大学电气工程系Joondong Kim教授的希望。在最近发表在《电源杂志》上的一项研究中，他和他的同事详细介绍了他们的最新发明：完全透明的太阳能电池。“透明光伏电池的独特特性可以在人类技术中具有多种应用，”金教授说。

透明太阳能电池的想法是众所周知的，但科学家们能够将这一想法转化为实践的这种新颖应用是一项重要的新发现。目前，使太阳能电池不透明的材料是半导体层，这些层负责捕获光并将其转化为电流。因此，Kim 教授和他的同事研究了两种潜在的半导体材料，之前的研究人员发现它们具有理想的特性。

第一种是二氧化钛 (TiO2)，这是一种众所周知的半导体，已广泛用于制造太阳能电池。除了优异的电学性能外，TiO2还是一种环保无毒的材料。这种材料吸收紫外线(肉眼不可见的光谱的一部分)，同时让大部分可见光范围通过。研究用于制造这种结的第二种材料是氧化镍 (NiO)，这是另一种已知具有高光学透明度的半导体。由于镍是地球上富含雾气的元素之一，并且其氧化物可以在较低的工业温度下轻松制造，因此 NiO 也是制造环保电池的绝佳材料。

研究人员制备的太阳能电池由玻璃基板和金属氧化物电极组成，在其上沉积半导体薄层(首先是TiO2，然后是 NiO)和银纳米线的最终涂层，作为另一个细胞内的电极。他们进行了多项测试，以评估该设备的光吸收率和透射率，以及其作为太阳能电池的有效性。

他们的发现令人鼓舞。该电池的功率转换效率为 2.1%，性能相当不错，因为它只针对光谱的一小部分。该电池还具有高度响应性，可在低光照条件下工作。此外，超过 57% 的可见光透过电池层，使电池具有这种透明的外观。在实验的最后部分，研究人员展示了如何使用他们的设备为小型电机提供动力。“虽然这种创新的太阳能电池仍处于起步阶段，但我们的结果强烈表明，通过优化电池的光学和电学特性，可以进一步改进透明光伏，”金教授建议道。

现在他们已经证明了透明太阳能电池的实用性，他们希望在不久的将来进一步提高其效率。只有进一步的研究才能判断它们是否真的会成为现实，但就所有意图和目的而言，这项新技术为清洁能源的未来打开了一扇——非常真实的——窗口。

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