目前，數(shù)十億個連接互聯(lián)網(wǎng)的設備正部署在辦公室墻壁和天花板、商場、家庭、工廠的各個角落，以感應、監(jiān)視并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a target="_blank">智能手機或遠程服務器。隨著電子產(chǎn)品的激增，它們對電力的需求和對家用電池的需求也在不斷增加，因此需要高效率且易于整合的能量收集裝置，在獲得電能和動力的同時最大限度地利用室內(nèi)豐富的光照資源。為了減少浪費，研究人員正在設計新型太陽能電池，可以從我們已經(jīng)使用的室內(nèi)燈中獲取能量。

當今太陽能電池的主要材料晶體硅在燈下的性能不如在烈日下。但是，鈣鈦礦太陽能電池和染料敏化材料等新興替代品在將人工照明轉(zhuǎn)化為電能方面的效率可能會大大提高。

來自意大利、德國和哥倫比亞的一組研究人員正在開發(fā)專門用于室內(nèi)設備的柔性鈣鈦礦太陽能電池。在最近的測試中，他們的薄膜太陽能電池在200 lux（家庭中典型的照明量）下的能量轉(zhuǎn)換效率超過20%。據(jù)項目負責人、羅馬大學（University of Rome Tor Vergata）工程教授Thomas Brown說，這大約是多晶硅室內(nèi)效率的三倍。

Brown說，4月底公布的研究結(jié)果是所有室內(nèi)柔性太陽能電池技術中效率最高的。非晶硅技術，用于商業(yè)產(chǎn)品如計算器，在柔性層上的效率只有9%左右。

他還表示：“物聯(lián)網(wǎng)正在發(fā)生一場革命。他設想將超輕電池集成到無線恒溫器、火警、安全攝像頭和其他低功耗傳感器中。當太陽能電池與儲能裝置配對時，這將減少或消除可更換電池的使用?！?/p>

鈣鈦礦是光伏研究的一個快速發(fā)展的領域，是有機化合物、金屬和鹵化物的混合物，其晶體結(jié)構與礦物鈣鈦氧化物的晶體結(jié)構相似。公司和大學正競相將這種低成本、易于生產(chǎn)的材料轉(zhuǎn)變成耐用、穩(wěn)定的太陽能電池，希望能使可再生能源在全球范圍內(nèi)變得更加廉價和豐富。

近年來，Brown在羅馬的團隊利用低溫程序制造了柔性鈣鈦礦太陽能電池。2018年，他們開始將太陽能電池應用于Fraunhofer Institute for Organic Electronics，Electron Beam和Plasma Technology提供的一塊100微米厚涂有氧化銦錫（ITO）的柔性玻璃上。（ITO是一層薄而透明的導電層）意大利研究小組隨后將太陽能電池暴露在不同強度的室內(nèi)照明下。

他們發(fā)現(xiàn)，在保質(zhì)期測試中，未封裝的太陽能電池在超過100天的時間里保持了80%的初始能量轉(zhuǎn)換效率。然而，在這段時間之后，其性能下降得更快。Brown說，為了集成到物聯(lián)網(wǎng)設備中，室內(nèi)光伏電池需要至少維持5到10年，大約到人們通常需要升級電子設備的時候。

鈣鈦礦型太陽能電池通常在潮濕、惡劣溫度、紫外線、氧氣和其他元素的作用下會降解。當這項技術在外界使用時，這種挑戰(zhàn)就被放大了，因為外界對環(huán)境的寬容度較低，而太陽能電池板預計將持續(xù)數(shù)十年。

美國能源部國家可再生能源實驗室的資深研究科學家Joe Berry說：“我經(jīng)常告訴人們，在光伏領域，你的iPhone是一款很棒的設備，但如果你把它放在屋頂上30年，我想你不會指望它還能正常工作。這就是我們對太陽能電池所做的，我們希望它們能保持性能30年?！?/p>

Berry是美國Manufacturing of Advanced Perovskites Consortium的制造總監(jiān)，該公司將政府實驗室、學術機構和企業(yè)聚集在一起，以加快新型太陽能技術的發(fā)展。Berry表示，由于小型室內(nèi)設備可能首先上架，鈣鈦礦的早期應用可以指導研究人員和制造商開發(fā)更大體積、更大規(guī)模的室外應用的電池。

他說：“一旦你能進入市場，你所學到的東西就和你在實驗室所學到的完全不同了?！?/p>

鈣鈦礦電池并不是唯一一種用于室內(nèi)光伏的材料。

Photo： Marina FreitagA researcher holds a dye-sensitized solar cell based on a copper iodide complex.

由Marina Freitag領導的一個歐洲研究小組正在開發(fā)基于銅復合電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池（也稱為Gr?tzel電池）。該小組最近在一塊薄的方形導電玻璃上測試了其設備。他們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)最近的一篇論文顯示，在1000 lux的強度下，太陽能電池將34%的環(huán)境光轉(zhuǎn)化為電，在200 lux的強度下，太陽能電池將31.4%的環(huán)境光轉(zhuǎn)化為熒光燈。

Freitag是一名化學家，她在瑞典烏普薩拉大學開始工作，在英國紐卡斯爾大學完成研究，現(xiàn)在是英國皇家學會大學研究員。她說，當她幾年前進入光伏領域時，鈣鈦礦的發(fā)展勢頭正在增強，就像染料敏化太陽能電池在戶外應用中失寵一樣（部分原因是能量轉(zhuǎn)換效率低下）。

她說，后一種技術在室內(nèi)可能具有優(yōu)勢，這種電池可以在家庭、辦公室、工廠和零售場所的低光環(huán)境中保持高電壓和高感光度。

Freitag的團隊還與慕尼黑技術大學合作，幫助開發(fā)能夠在光線最充足的情況下收集、傳輸和處理數(shù)據(jù)的自供電智能物聯(lián)網(wǎng)設備。與鈣鈦礦的同行一樣，F(xiàn)reitag說，她下一步將致力于提高染料敏化太陽能電池的穩(wěn)定性和可擴展性。

如果任何一項技術從實驗室取得進展，它們無疑將有足夠的機會在現(xiàn)實世界中獲取能量。據(jù)估計，到2025年，全球?qū)惭b約750億臺物聯(lián)網(wǎng)設備。

鈣鈦礦研究人員Brown說，他認為“最具吸引力的、具有顯著增長潛力的市場是室內(nèi)發(fā)電市場?！?br /> 責任編輯:pj