中國科學家造出新型「高能電池」,曬曬太陽就「來電」!

中國科學家造出新型“高能電池”,曬曬太陽就“來電”!

前言

對於當今人類來說,能源幾乎意味著一切——我們的吃穿住行都離不開各種能源的支持,而隨著煤炭、石油等石化資源的急速消耗及其帶來的一系列汙染和氣候問題,人們開始愈發地渴求能夠高效利用又清潔環保的可再生能源。

中國科學家造出新型“高能電池”,曬曬太陽就“來電”!

風能是一種清潔無公害的的可再生能源,目前已用於發電

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太陽能作為來源最廣、受限制最少又非常清潔的能源,算是比較靠譜的了

太陽能雖好,無機材料卻易老

太陽能電池這個概念,或許大家都不陌生。但具體說到製造太陽能電池的材料,可能瞭解的人就不多了。

但事實上,無機半導體材料並不是將太陽能轉化為電能的完美解決方案,原因在於——它們太脆了!

無機半導體材料通常屬於脆性材料,延展性差,幾乎無法彎折,很多時候只能製造成硬邦邦的電池板放在空曠的地面或者屋頂;

更要命的是,無機太陽能電池的製造過程中需要消耗大量的能量,這麼多能耗需要這塊電池工作數年的時間才能償還。而且,考慮到電池板在長期的風吹日曬下性能有所衰減,其使用壽命往往也不過數年。因此就會出現這樣的局面——辛辛苦苦造出一塊兒電池板,製造它消耗的能量還不及它這一輩子所產出的能量,可以說“得不償失”了!

以上這些因素都會制約無機太陽能電池板的大規模應用,因此也使科學家們必須不斷去開發和尋找可替代的解決方案。

有機導電材料強勢登場

在大多數人的印象中,可能像塑料、橡膠這樣的有機材料,都屬於不能導電的絕緣體。但“凡事無絕對”,科學家們似乎總會帶來一些超乎人們意料的發現。

和很多“不經意間的”發現類似,導電有機材料的誕生,最初也源自一個偶然——1967年,日本化學家白川英樹團隊的一位研究人員在合成聚乙炔的過程中,一個不留神,加入了常規用量上千倍的催化劑,得到了一種銀白色帶金屬光澤的聚乙炔(常規方法制得的聚乙炔是一種黑色粉末)。

當有機半導體邂逅太陽能

導電聚乙烯的發現,也正式拉開了有機導體材料的研究篇章。隨著人們對有機材料的持續研究,它的半導體性質也逐步為人們所認知,大量有機半導體材料湧現了出來。

終於,在1986年,美國柯達公司的鄧青雲博士利用有機半導體材料製備了一種太陽能電池器件,能量轉化效率達到了1%,實現了有機太陽能電池從0到1的突破。

有機太陽能電池不可比擬的優勢和應用前景:

質輕且“柔軟”

單晶硅的密度大約是2.3克/立方厘米,而大多數有機半導體材料的密度是比水小的(小於1克/立方厘米)。此外,有機半導體材料的延展性要優於無機半導體材料。

製造工藝簡單

有機太陽能電池通常採用溶液加工的辦法形成有機薄膜。比起需要刻蝕、高溫燒灼的無機硅電池相比,有機太陽能電池的製造工藝著實簡單多了。

可製造柔性電池

利用有機半導體材料“軟”的特性,人們可以像印刷報紙那樣,把有機半導體材料的溶液打印到塑料基底上去,製造可以彎曲的柔性電池

也許在未來,我們隨身攜帶的“充電寶”就是一張有機太陽能電池做成的“紙”,找個有陽光的地方把它攤開,就可以充電了!

中國科學家造出新型“高能電池”,曬曬太陽就“來電”!

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可製造半透明/透明電池

化學家們通過對材料的不斷改進,研發出半透明甚至幾乎完全透明的有機太陽能電池。

這樣的電池可以讓大部分可見光透過,專門吸收肉眼不可見的紫外線和紅外線。試想一下,如果房屋的窗戶換成這樣的材料,不僅可以為建築物提供電能,還依舊保持室內的採光,豈不是一舉兩得?

中國科學家造出新型“高能電池”,曬曬太陽就“來電”!

正因為有這麼多優勢和誘人的“黑科技”存在,有機太陽能電池一直是近年來學術界和工業界的研究熱點。

不過,我們距離真正的有機太陽能電池的商品化產品還是有著一段距離,仍有一些問題需要克服——比如,很多有機材料在太陽光的照射下並不那麼穩定,製作過程中使用的溶劑毒性較大,以及大規模生產工藝也尚未成熟。

但我們相信,在科學家們的不斷努力下,作為“潛力股”的有機太陽能電池也許真的能夠晉級為清潔環保又高能的產品,在不久後的某天“步入尋常百姓家”。


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