目前，數十億個連接互聯網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)視并將數據傳輸到智能手機或遠程服務器。隨著電子產品的激增，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，可以從我們已經使用的室內燈中獲取能量。

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）下的能量轉換效率超過20%。據項目負責人、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效率的三倍。

Brown說，4月底公布的研究結果是所有室內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)產品如計算器，在柔性層上的效率只有9%左右。

他還表示：“物聯網正在發(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，其晶體結構與礦物鈣鈦氧化物的晶體結構相似。公司和大學正競相將這種低成本、易于生產的材料轉變成耐用、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照明下。

他們發(fā)現，在保質期測試中，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，為了集成到物聯網設備中，室內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，根據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)境光轉化為電，在200 lux的強度下，太陽能電池將31.4%的環(huán)境光轉化為熒光燈。

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（部分原因是能量轉換效率低下）。

她說，后一種技術在室內可能具有優(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、傳輸和處理數據的自供電智能物聯網設備。與鈣鈦礦的同行一樣，Freitag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實世界中獲取能量。據估計，到2025年，全球將安裝約750億臺物聯網設備。

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發(fā)電市場?！?/p>

文章來源：澎湃新聞