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日本技术让可弯曲的光伏电池寿命延长到20年

2024/03/11

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      名古屋大学开发出了将可弯曲、能低价制造的光伏电池“钙钛矿型”光伏电池的寿命延长到2~4倍的技术。可以延长到约20年,达到与主流的以硅为材料的光伏电池相当的水平。该大学将与企业研究制造方法,力争2020年代后半期实现实用化。这将推动有利于削减温室气体的新一代光伏电池的普及。

  

      钙钛矿型光伏电池是在薄膜和玻璃基板上涂布像涂料一样的材料进行制造。据称,制造成本可降至使硅结晶成长来制造的硅光伏电池的一半。如果在基板上使用很薄的薄膜,重量预计可降至十分之一。

  

      钙钛矿型光伏电池重量轻,可弯曲,因此能够安装于之前很难设置的建筑物外墙和弯曲的屋顶等地方。由于可用不断拓展发电的场所,还有利于削减温室气体。为此,日本国内外的企业正在启动量产。

    

   

      钙钛矿型光伏电池利用有机物等制造主要的3层。由于不耐水、氧气和光,容易劣化,因此在室外安装时的寿命为5~10年左右,不到硅光伏电池的一半。

  

      钙钛矿型光伏电池要想实现普及,要防止吸收阳光发电的发电层、传输电子的电子传输层及传输正电荷的空穴传输层劣化,将耐用性提高到与硅光伏电池相当的水平。

  

      名古屋大学的松尾丰教授等人着眼于电子传输层,通过与日本电子零件制造商Resonac合作提高了耐用性。原来是采用由60个碳原子构成的“富勒烯”材料制造,但经过一段时间后,分子会结成块。存在块与块之间产生缝隙、传输电子的性能下降的课题。

名古屋大学在传输电子的零部件上使用新材料,以延长钙钛矿型光伏电池的寿命(名古屋大学提供)

     

      为此,松尾教授等在电子传输层采用了富勒烯结合氧原子等的新材料。不仅富勒烯分子不再容易结块,还可以防止因接触水分等产生的劣化。

  

      为了确认性能,使用在真空中蒸发原料以使材料堆积的真空蒸镀,在发电层上形成电子传输层的膜,试制出了1.5厘米见方的光伏电池。

  

      试制出的光伏电池被放置在摄氏25度的环境中。16天后将太阳能转变成电能的转换效率仍保持在22%,跟硅光伏电池相当。

  

      即使将温度提高到摄氏70度,转换效率在11天后仍保持在20%,相当于当初的9成。相反,使用富勒烯的传统光伏电池的转换效率降到了14%。松尾教授说:“如果在薄膜基板上封装,防止水分等进入,将有望实现寿命延长至原来的2倍,达到20年”。

  

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