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盘点美国实验室最新太阳能技术研发动态

光伏领域的研究工作开展得如火如荼,多个国家的政府、大学以及研究机构正投如大量的资源开展该领域的研究。通过调查,多个实验室正致力于从纳米技术的角度进行薄膜和晶体的研究。其他实验室也开展了许多十分具有创新性的研究工作。

美国国家能源部可再生能源实验室NREL

Greg Wilson,NREL国家光伏研究中心主任讲到,该实验开展的研究工作主要集中在三大方面。首先是研究由元素周期表第三列和第五列元素制成的半导体材料(简称III-V),最常见的是砷化镓。

第二个方面是传统的单晶硅研究。NREL的工作侧重于复合层叠电池,通过将性能最佳的特殊单元模块加装在双结电池顶部,来吸收光谱中特定频段的太阳能。该技术会将太阳能电池的发电效率提高百分之十。全球有多个课题组在开展此项工作,无论使用晶体生长技术还是粘合技术,如何提高该种复合电池的发电效率始终是一大技术难题。NREL对两种连接方法都有研究,并且研究结果表明III-V作为顶部电池材料较好。

第三个方面就是NREL已研究了35年的薄膜技术。研究人员研究了多种材料,包括:碲化镉,铜铟镓硒(CIGS),铜锌锡硫(CTZS)(CIGS的替代品)。薄膜技术具有诸多优点:降低生产成本、减小电池体积便于安装等等,但是也具有长期稳定性差的缺点。

宾州州立大学Penn State University

Steve Fonash,宾州州立大学纳米技术研究与应用中心主任,致力于薄膜光伏电池的研发工作。他和两名同事已经组建了一家名为Solarity的公司,来将科研结果推向市场。

大部分薄膜电池使用的技术是纳米管、量子点、热载流子,但是Fonash采取了不同的方法。它采用了光线和载体收集管理纳米架构,通过在下电极处安装纳米结构阵列,再在阵列单元周围加装纳米罩。光线通过纳米罩再照射到阵列单元,最后被吸收材料吸收。该光伏电池厚度仅为1.4mil(35um),每平方厘米有6.25亿个纳米罩。经过多种材料对比研究,CIGS(铜铟镓硒)材料效率更高,更适合于作为光伏电池的吸收材料。

Fonash团队正在和一家公司进行合作,采用薄膜电池卷制技术,生产纳米级的该种结构电池。

加州大学圣地亚哥分校UniversityofCaliforniaSanDiego(UCSD)

加州大学圣地亚哥分校的JanKleissl是能源研究中心副主任、首席研究员,主要研究领域是太阳能预测。

进行太阳能预测的最大优势可以提高电力市场的运行效率。由于风电装机容量较大,风能预测领域已经相对成熟。但是随着近几年光伏发电的发展,太阳能预测得到越来越多人的重视。

云层是影响太阳能的首要因素,但是可以通过卫星来观测云层分布情况,也可以通过在照相机上安装鱼眼镜头来拍下天空的全貌。Kleissl正在致力于实现每15到20分种进行一次预测。这需要使用辐射传感器测量某地的太阳能辐射值,并使用相机拍摄下天空的景象。这两种手段的结合可以极大地提高预测的准确率。接下来的研究方向是,建立大气模型,根据风力、温度和湿度仿真大气的动态情况,并预测出明日云层的聚集情况。

劳伦斯·伯克利国家实验室Lawrence Berkeley National Laboratory

该实验室无机纳米中心分子部Jeff Urban团队主要研究方向是光伏电池稳定性和封装技术。该研究方向致力于使电池在恶劣的户外环境中保持良好的运行状态以及较长工作寿命。

该团队研究出的新型复合材料,是将无机纳米晶体和有机聚合物相结合,该种材料在保证光线有效通过的前提下,可以保障电池免受水、氧气、硫化物和氮氧化物的侵蚀。该种材料性能优异,外观是透明的薄膜,厚度仅为一到两个原子的直径。

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