試想這樣一種場景：汽車窗戶在陽光照射下就能為車輛充電；智能眼鏡的鏡片也能捕獲光能，“變身”發(fā)電單元，驅(qū)動內(nèi)置電子設(shè)備。如今，這些設(shè)想有望因新加坡南洋理工大學科學家成功研發(fā)的半透明超薄鈣鈦礦太陽能電池而變?yōu)楝F(xiàn)實。該電池的厚度約為人類發(fā)絲直徑的1/10000、傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽能電池的1/50。盡管極其輕薄，這種器件的光電轉(zhuǎn)換效率卻達到了目前超薄鈣鈦礦太陽能電池中的領(lǐng)先梯隊。相關(guān)成果發(fā)表于新一期美國化學會《ACS能源快報》。

研究人員在觀察厚度僅為10納米的超薄鈣鈦礦太陽能電池。圖片來源：新加坡南洋理工大學

研究人員表示，建筑環(huán)境約占全球能源消耗的40%，因此將建筑表面轉(zhuǎn)化為發(fā)電單元具有重要意義。該鈣鈦礦電池可在較低溫度下制備，并可調(diào)控吸收光譜實現(xiàn)透明度與發(fā)電效率之間的平衡，同時具備大面積制備潛力，有助于降低整體碳足跡。

與傳統(tǒng)硅基太陽能電池不同，該器件在間接光與漫射光條件下同樣能穩(wěn)定工作，更適用于高層建筑密集、直射光受限的城市環(huán)境。研究人員估算，如果該技術(shù)實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，大型玻璃幕墻有望被改造為“發(fā)電立面”，年發(fā)電量可達數(shù)百兆瓦時，相當于約100戶四房式組屋的年用電量。

在制備工藝方面，研究采用了“熱蒸發(fā)”真空沉積技術(shù)，將原材料在真空環(huán)境中加熱蒸發(fā)后沉積成薄膜，從而形成均勻超薄的鈣鈦礦吸光層。該方法不使用有毒溶劑，同時有助于減少材料缺陷，提升光電轉(zhuǎn)換效率。

實驗結(jié)果顯示，當鈣鈦礦層厚度為10納米、30納米和60納米時，不透明器件的光電轉(zhuǎn)換效率分別約為7%、11%和12%。在半透明器件中，約60納米厚度的樣品可實現(xiàn)7.6%的轉(zhuǎn)換效率，同時允許約41%的可見光透過，使其在采光與發(fā)電之間取得平衡。

研究人員指出，這種太陽能電池具備半透明、顏色中性的特點，未來或可直接嵌入建筑窗戶、玻璃幕墻以及可穿戴電子設(shè)備中，在不明顯改變外觀的情況下實現(xiàn)發(fā)電，拓展了能源利用方式。

（原標題為《半透明超薄鈣鈦礦太陽能電池研發(fā)成功》）