新型太陽能電池克服“陽光過剩”難題
來源：參考消息網(wǎng) 時間：2025-10-16 09:27
據(jù)美國《大眾機械》月刊網(wǎng)站10月9日報道，這聽起來有點違背直覺，但對于太陽能電池板來說，確實存在陽光過剩的問題。據(jù)世界經(jīng)濟論壇稱，當天氣太熱時(比如在熱浪期間)，太陽能電池板的輸出功率會下降10%到25%。
這一問題由來已久，或許阻礙了更多人采用太陽能電池板。太陽能電池板在20世紀70年代成為美國人可采用的一種能源。隨著全球能源需求持續(xù)上升，世界大部分地區(qū)都開始放棄化石燃料，效率已成為可持續(xù)能源生產(chǎn)的一個至關重要因素。而由于氣候變化，熱浪變得越來越普遍。
如今，英國的科學家們或許找到了一種解決方法，可以利用多余的熱能，將之轉(zhuǎn)化為化學能，然后提供電力。
太陽能電池板陣列中的每塊傳統(tǒng)光伏電池都有一個硅半導體層，專門用于吸收太陽的光子或光粒子，并將其轉(zhuǎn)化為電能。光子將能量傳遞給半導體材料中的電子，使它們移動。這種運動在電池內(nèi)產(chǎn)生電流。
太陽能電池板的典型工作溫度范圍在15攝氏度到35攝氏度之間，但由于其優(yōu)越的吸熱性能，它們吸收的熱量會過多。即使室外溫度只有29攝氏度，電池板的溫度也高達65攝氏度。這時，每塊光伏電池電路中的電子開始四處反彈。由于這種不穩(wěn)定性，電壓下降，降低了效率。
這項新研究超越了光伏電池，而是依靠硅基光電化學(PEC)流動電池。它們還配備效率隨溫度升高而上升的存儲系統(tǒng)。這一研究成果發(fā)表于8月份出版的美國《化學物理雜志》。
該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的太陽能電池板技術類似，但具有一個關鍵區(qū)別：電池表面會發(fā)生化學反應，驅(qū)動電力傳輸。來自英國拉夫伯勒大學的研究論文合著者裴道元博士在一封電子郵件中說：“根據(jù)電解質(zhì)(儲存和攜帶電荷)中化學物質(zhì)的類型，我們可以將電能轉(zhuǎn)化為其他化學物質(zhì)，或以化學能的形式儲存在電解質(zhì)中。”
PEC流動電池主要有兩個操作步驟。首先，光電探測器吸收光產(chǎn)生電能。然后，這導致在PEC電池本身和電解質(zhì)之間的界面產(chǎn)生化學反應。
“我們在最近的實驗中發(fā)現(xiàn)，一定量的熱量可以促進化學轉(zhuǎn)化反應，補償電壓損失，”裴在電子郵件中說，“簡言之，就是有一個溫度范圍，熱量可被有效利用，且不會導致電池過熱?！?/p>
這種增加的能量轉(zhuǎn)換的最佳溫度是在45攝氏度左右。超過這一閾值，氣溫上升也會導致PEC電池的有效性降低。雖然該閾值可根據(jù)所使用材料變化，但裴說，隨著溫度升高，更多物質(zhì)會附著在電池表面，到一定程度之后，就過剩了。
盡管與傳統(tǒng)太陽能電池板技術相比，PEC流動電池有望吸收更多陽光，但它們必須克服一個致命弱點：即需要支付裴所說的“通行費”來啟動必要的化學反應。這種“過電位”降低了電池的整體效率。與普通的太陽能電池板相比，這種電池也特別容易受到腐蝕。
標準光伏電池或許依舊是綠色能源革命的基礎引擎，但裴仍相信PEC流動電池的好處不勝枚舉。在需要獨立于主電網(wǎng)的情況下，它們會非常實用，因為其尤其擅長儲存能量。同時它們也更簡單，因為無需布線，也無需任何其他類型的傳統(tǒng)電連接。事實上，一些研究人員將PEC電池稱為“人造葉子”。
由于目前的效率和腐蝕問題，裴對使用PEC技術生產(chǎn)氫氣或減少二氧化碳排放持懷疑態(tài)度。不過，他指出，依靠氧化還原化學反應來發(fā)電的氧化還原電池或許是PEC電池的更好選擇。
他說：“與其他化學轉(zhuǎn)化過程不同，氧化還原電池需要低過電位，且不需要任何氣體或產(chǎn)品過濾過程?！?/p>
他表示，在不久的將來，這些創(chuàng)造性解決方案將是必不可少的。（文怡）
責任編輯：江蓬新
