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ISEN探讨太阳能技术发展前景

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58京牌 ,西北大学可持续发展与能源研究所(ISEN)对太阳能进行研究,其研究方向主要分为两大类:太阳能发电和太阳能燃料。首先,太阳光可以用来发电,比如硅太阳能电池;其次,其能量也可以转化为其他方式,比如用于制造液体燃料。西北大学化学系教授Michael Wasielewski表示:“所谓的太阳能燃料,实际上是利用太阳光来驱动化学反应,从而产生燃料,比如把二氧化碳带回燃料中。”

(图片来源:wttw)

从本质上讲,太阳能燃料是将来自太阳的能量转化为一种可储存、可使用的能源形式,如液体燃料。想象一下,一块硅电池太阳能电池板产生的电力来驱动水电解器(而不是送入电网),电解器再将水分解成氧和氢,后者可以转化为氢燃料。这是一种简单的太阳能燃料,所使用的是当前通用技术。

由于使用和分配氢燃料的基础设施不足,这项技术并没有得到广泛使用。Wasielewski说:“如果你能开发一种可以应用于当前汽车技术的液体燃料,那就很有吸引力了。例如,你可以利用甲醇来为汽车提供动力。那样我们就可以像现在一样拥有标准的燃料加注站了。”

生产太阳能燃料可能需要通过集成系统,将导致气候变化的二氧化碳从大气中分离出来,并将其转化为甲醇或一氧化碳,这是化学工业中经常使用的。原则上,这有助于取代化石燃料,并减少二氧化碳排放,缓解气候变化。Wasielewski称,生产太阳能燃料时,不必局限于有太阳能电池板的集中式设施。最终可能会出现一些系统,将阳光吸收机制和燃料的化学转化机制整合至一层膜中。

Wasielewski认为,想要真正使用太阳能燃料,可能还需要十年甚至更长时间。ISEN等机构正在努力改进太阳能电池,这也将促进太阳能燃料的发展。他说:“我们正在尝试一种相对较新的太阳能电池生产方法。普通的硅太阳能电池实际上会丢弃整个光谱蓝端的阳光。”ISEN的研究人员尝试利用一种单线态裂变工艺(singlet fission)来利用被浪费的蓝光。“在单线态裂变过程中,当某些分子吸收蓝光时,你最终会在系统中以一对的代价得到两对带电粒种。”

通常情况下,参与单线态裂变的分子并不复杂:红色汽车漆中使用的分子便是有效例证。在传统硅太阳能电池中利用单线态裂变,比如在电池上覆以涂层,可以将其最大效率提高达12%。

ISEN研究人员还在研究其他几种材料,以制造效率更高、成本更低的太阳能电池,或改进太阳能电池。有机光伏(OPV)由廉价、灵活的材料制成,可用于不同的地方。

结晶钙钛矿技术也为捕捉太阳能奠定良好基础。Wasielewski表示:“这种技术具有成本低、易于生产的优势。”他指出,在钙钛矿方面,西北大学做出了一些开创性工作。钙钛矿型太阳能电池发展面临一定挑战,也存在一系列可能的解决方案,包括封装电池以保护其免受水污染,以及用锡代替有毒的铅。Wasielewski说:“挑战是存在的,但我认为,随着钙钛矿和OPV的展,以及利用单线态裂变等助推效应,将会有很多很酷的东西出现,促进下一代太阳能电池发展。”

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