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報(bào)道稱，散射光太陽(yáng)能電池并不是什么新鮮事，但最好的散射光太陽(yáng)能電池需要使用昂貴的半導(dǎo)體。1991年瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)的化學(xué)家邁克爾·格雷策爾發(fā)明了所謂的染料敏化太陽(yáng)能電池，這種電池在弱光下效果最好，而且比標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體電池便宜。但在強(qiáng)烈的太陽(yáng)光下，質(zhì)量最好的染料敏化太陽(yáng)能電池只能將14%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，相比之下，標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池可以將24%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能。之所以會(huì)發(fā)生這種情況，是因?yàn)槟芰縼?lái)得太快，超出了染料敏化太陽(yáng)能電池的處理能力。但當(dāng)能量以較慢的速度抵達(dá)時(shí)，比如室內(nèi)的散射光，格雷策爾的染料敏化太陽(yáng)能電池則可以將28%的光能轉(zhuǎn)化成電能。

 

報(bào)道稱，染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理也稍異于標(biāo)準(zhǔn)的硅太陽(yáng)能電池。在標(biāo)準(zhǔn)的硅太陽(yáng)能電池中，電池吸收的太陽(yáng)光會(huì)將硅原子中的電子踢至較高的能量水平，使它們能夠跨越鄰近原子，移動(dòng)到帶正電荷的電極。然后它們?cè)谀抢锉皇占饋?lái)并被分流到電路中。奇特的是，電子離開(kāi)原子后留下的空位也是可以移動(dòng)的。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，這些空位會(huì)移動(dòng)到帶負(fù)電荷的電極，在那里它們被來(lái)自外部電路的電子填充。這一過(guò)程使得太陽(yáng)能電池中的硅原子電荷得到重新平衡，從而可以連續(xù)產(chǎn)生電力。

 

但染料敏化太陽(yáng)能電池有所不同。這種電池也有兩個(gè)電極，分別收集負(fù)電荷和正電荷，但在這種電池的中間部位，除了硅之外，還有一種不同的電子導(dǎo)體，通常為一些二氧化鈦顆粒。不過(guò)，二氧化鈦吸收光的能力較弱。因此，研究人員在這些二氧化鈦顆粒的表面涂上具有出色的光吸收能力的有機(jī)染料分子。被吸收的光子將這些染料分子上的電子和空位激活，就像在硅中一樣。染料會(huì)立即將被激活的電子移交給二氧化鈦顆粒，然后這些電子被傳送到正電極。與此同時(shí)，空位則被轉(zhuǎn)入傳導(dǎo)電荷的電解液中滲透到負(fù)電極。

 

染料敏化太陽(yáng)能電池的問(wèn)題是空位在電解液中移動(dòng)的速度不夠快，導(dǎo)致空位在染料和二氧化鈦顆粒附近堆積。如果一個(gè)被激活的電子碰上一個(gè)空位，它們便會(huì)結(jié)合，釋放出熱能而不是電能。

 

報(bào)道稱，為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員努力稀釋電解液，使空位能夠迅速抵達(dá)目標(biāo)。但只要被稀釋的電解液稍許有一點(diǎn)不完美，就會(huì)導(dǎo)致短路，使整個(gè)太陽(yáng)能電池報(bào)廢。

 

現(xiàn)在，格雷策爾和他的同事們找到了一種可能的解決方案。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種染料與能夠傳導(dǎo)空位的分子的結(jié)合物，并使它們緊緊地覆蓋在二氧化鈦顆粒上，創(chuàng)造出了不存在任何缺陷的完美涂層。這意味著移動(dòng)緩慢的空位只需要運(yùn)行較短的距離就可以抵達(dá)負(fù)極。與此同時(shí)，他們還報(bào)告說(shuō)，這一緊密的涂層還將染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)散射光的利用效率提高到了32%，接近最大理論值。

 

美國(guó)西北大學(xué)的化學(xué)家邁克爾·瓦西萊夫斯基說(shuō)：“這是一個(gè)真正了不起的進(jìn)步。”雖然目前這一新裝置還只能將13.1%的直射太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化成電能，但瓦西萊夫斯基指出，由于對(duì)散射光的利用效率提高了近20%，因此有希望找到新辦法提高該裝置在太陽(yáng)直射情況下的效率。