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科技新知

手機、眼鏡、窗戶都可發電!日本東北大研發近透明太陽能電池,突破使用局限性

  • 發佈日期:2022/7/29
  • 資料來源:數位時代
  • 點閱次數:592次

2022.07.28 | 能源環保

來源:取自nature briefing

再生能源已是不可抵擋的一股趨勢,太陽能更是綠能發電的要角之一。太陽能發電是藉由太陽能光電池吸收陽光,使用光電效應將光轉換成電流,然而太陽能電池若實現透明化的話,便可突破使用局限性、大幅擴展使用範圍,讓太陽能發電能更有效率的進行。

目前太陽能發電僅止於太陽能板,但若是大樓窗戶玻璃、汽車玻璃、手機玻璃、眼鏡、人體皮膚、溫室等各種環境下都能實現太陽能發電,將是更有助於解決現今能源與環境問題。

然而至今為止的透明太陽能電池其透光率僅達60%左右,是肉眼仍能夠清楚辨識的半透明太陽能電池。

東北大學加藤俊顯副教授的研究團隊研發出了透光率約80%(一般透明玻璃為86%)的近透明太陽能電池,是近乎肉眼看不見的透明,就算貼在窗戶或車子玻璃上也不會遮蔽視線,並且能夠產生足以作動小型感測器的充足電力,預計將於5年內達成實用化。

TMD奈米薄片與透明金屬電極,率先實現透光率80%太陽能電池

根據《日本經濟新聞》報導,是在發電層使用了名為「過渡金屬二硫屬化物」(Transition-metal dichalcogenide, TMD)的金屬化合物,具有1奈米以下的極薄厚度,透明且可將光轉換成電的半導體性質,電極也使用銦或錫等透明金屬來取代鎳或鈀,而得以率先實現透光率約80%的太陽能電池。


來源:取自nature briefing


單純放大器件並無法提高總功率,改以最佳化堆疊方式而實現1cm2 420皮瓦的發電
雖然一直以來都有透明太陽能電池的研發前例,但大多為透光率60%左右的「半透明」。

透過最佳化層疊方式,達到420皮瓦實用級發電功率

研發過程中,在奈米級器件上實現高透光性與高發電效率後,下一個要面對的課題就是讓總功率達到實用級(100皮瓦以上),而實驗發現單純放大器件不僅無法提升反而還會降低總功率,於是便嘗試透過不同配置方式來增加總功率,最後透過最佳化層疊方式與配置(串聯並聯組合),成功在1cm2的面積上實現約420皮瓦(10-12瓦)的發電,而有100皮瓦左右的話就可驅動消耗電力小的感測器等,因此堪稱達到了實用級水準。

加藤副教授表示:「除了搭載於智慧型手機與眼鏡外,也能夠實現『可發電窗』等來擴大應用範圍」,未來將繼續進行性能試驗等,希望在5年內予以實用化。

參考資料:日經、nature briefing

責任編輯:吳秀樺
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