IBM 创造新型太阳能材料效率记录

IBM 利用地球上非常富裕的物质制成了新的 Cu2ZnSn(S,Se)4 太阳能电池,创造了该材料光伏能量转换效率的新记录:超过 11% 的光电转换效率。

从太阳辐射到地球表面的能量是全球电力消耗的几千倍。然而目前光伏(photovoltaic, PV)太阳能电池贡献的电力还不到全世界发电量的 1%。在现有的数种光伏技术中,没有一个能同时满足高效、廉价而易于大规模生产,可由大量可用的材料制成这样的特点。

IBM 的材料科学团队与 Solar Frontier、Tokyo Ohka Kogyo (TOK) 和 DelSolar 合作,使用地球上丰富的自然材料开发出了一种高效而又廉价的光伏电池。从目前的测试来看,他们开发的 Cu2ZnSn(S,Se)4 (简称 CZTS,由较常见的材料铜、锌和锡制成)薄膜光伏电池光电转换效率达到了 11.1%(比之前的纪录高了 10%),在一类半导体材料中是最高的。并且其制造方法也很简单,可以使用简单的基于墨水方式的打印技术或铸造技术来生产。

那么是什么让 CZTS 如此出众呢?

目前广泛使用的光伏半导体是用晶体硅制成的,原料充裕,效率很高。从家用电器到国际空间站的面板上都有应用。但是对硅的纯度要求非常高(>99.9999%),而晶圆通常是从大块的锭上切割下来的,然后再将它们组装在一起构成光伏模块,这使得晶体硅光伏半导体非常昂贵且难于扩大规模。

还有其它一些硫族化合物薄膜也被用于光伏电池,如 Cu(In,Ga)(SSe)2 (CIGS) 和 CdTe 等,其性能很接近晶体硅光伏半导体,本质上也是很具扩展性的。它们是在大片廉价的基体,如玻璃、金属或者塑料薄片上直接沉积而成的。虽然 CIGS 和 CdTe 很容易集成到建筑物和消费产品中,可它们都含有稀有而昂贵的金属元素,因成本很高而限制了应用范围。CIGS 目前每年的发电量不足 100GW,而世界范围的连续电量消耗是 15TW,是 CIGS 发电量的 150 倍还多。

IBM 的 CZTS 光伏电池预期发电能力是 500GW/年,更接近我们所需要的太瓦级可再生电能的标准。

这个联合开发团队还在继续努力以期提高该设备的效率,同时使之对环境更加友好,并易于工业化生产。希望这种新型的光伏材料能够早日成为广泛使用的廉价太阳能电力吧。

下面是 IBM CZTS 太阳能电池的一些图片(via):

此文由 IBM 光伏科学家 Teodor Todorov 和 David Mitzi 的报告编译而来,via IBM Research。相关论文:Beyond 11% Efficiency: Characteristics of State-of-the-Art Cu2ZnSn(S,Se)4 Solar Cells

不过网友们对此技术并没有那么乐观(via)。

2011 年,整个美国的太阳能发电量为 1814GWh:
http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_in_the_United_States

单个核电反应堆的发电量就是它的五倍还多:
http://en.wikipedia.org/wiki/Maine_Yankee_Nuclear_Power_Plant

风力发电达到了 50GW:
http://www.powerofwind.com/blog/post/press-release-american-wind-power-reaches-50gigawatt-milestone-_1

2010年,煤电发电量为 1,850,750 GWh,约占美国总电量的 44.9%。
http://www.sourcewatch.org/index.php?title=Existing_U.S._Coal_Plants

不要误会我的意思,我喜欢太阳能发电,还有风电。它们都很好,很有趣,也很有希望,但还不是那么现实。

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本文发表于水景一页。永久链接:<http://cnzhx.net/photonics/news/ibm-pv-czts/>。转载请保留此信息及相应链接。

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