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环保科技钙钛矿冒起港太阳能更有作为大公报记

作者:法国尼斯赌场 发布于:2020-12-26 22:35 点击量:

  图:钙钛矿光伏板可滚压製成薄膜装贴在建筑物外墙或夹在玻璃窗中间,而且基於其特性及生产方式可造成不同颜色

  太阳能被称为用之不尽的能源,估算太阳还余下50亿至60亿年寿命,香港多年来亦广泛利用太阳能板发电。在减少碳排放的世界潮流下,全球科学家努力找寻更有效利用太阳能的方法。

  现时最常用方法是利用矽光伏板,吸收太阳光再转化为电能,不过,太阳能光伏板以矽作为製造物料,最高效能估计仅约30%,而且製造成本高昂。科学家一方面优化矽光伏板,同时找寻新物料,随着首个以“钙钛矿”製成的太阳能电池於2009年在日本面世,太阳能发电技术的发展正在不断刷新纪录。

  新物料“钙钛矿”是由科学家研发出来的物质,它是模仿自然界矿物质钙钛矿的结构,合成出来的一种物质(详见另文)。2009年,日本桐荫横滨大学宫坂力教授产出首个以“钙钛矿”製成的太阳能电池后,科学界聚焦研究,如何将这种研发出来的新物料用於太阳能发电。

  太阳能光伏板目前的主流製造物料是矽,相比较下,“钙钛矿”有多个不同的优势,首要是它的製造成本较低。“钙钛矿”主要是以胺(阿摩尼亚)、铅,加上另一样物质,例如碘、溴、氯等结合而成。“相信不少人都听过阿摩尼亚、铅、氯等,这些都是很普通的材料,加上合成技术不算複杂,因此将这些物质结合成钙钛矿,花费根本不高。”香港城市大学化学及材料科学讲座教授任广禹说。

  业界估计,若将一件钙钛矿光伏板与一件发电效能相若、而技术发展已经极成熟的矽光伏板比较,在量产初期,物料成本方面两者会很接近,但在量产五年后,钙钛矿光伏板的成本预计会低於矽光伏板。

  除了物料成本减低,在生产成本方面,钙钛矿光伏板的优势更明显。矽片由原材料矽到加工至接近成品,要经过长达400公里的生产线,当中最后一个加热步骤,要在超过1000℃(部分高达3000℃)的电高温炉将矽片淨化;某程度而言,矽光伏板是表面环保、内裏高耗的物品。不少厂商透过减少高温炉的电耗,作为压缩成本的最有效方法。不过,近10年电炉的能耗最有效只能减少约40%,而普遍只减少约20%。

  任广禹教授指出,相比较下,钙钛矿的生产温度只需约90℃至180℃,而且製作容易。简单来说,只要将物料浸在不同的溶液中,钙钛矿的化学结构会自然地準确排列,从而减少大量加热用的能源。

  钙钛矿在光转电效率表现方面也有极大潜力。工业化生产的矽光伏板,光转电效率约为21%至23%,物理极界效率则约30%。至於钙钛矿的光转电效率,由2009年首次用於太阳能发电时仅得约3.8%,短短10年间已提升至接近27%。科学家估计,钙钛矿的物理极界效率至少达50%,如在物料及结构两方面再作出变革,有望再推高至约70%。

  凭藉物料成本、製造成本、生产能耗这三方面的优势,业界估计,钙钛矿光伏板在大规模量产后,其发电成本仅是目前矽光伏板的一半,即近乎目前以煤、油、气等石化能源的发电成本,甚至有可能更低。

  矽光伏板一般较大片、较重,而且是硬板状的形态。钙钛矿光伏板则不一定产成硬板状,例如可滚压製成具弹性的薄膜,铺贴在平面、曲面,甚至立体的表面,也可以像印刷般喷印出来。目前,矽光伏板只能做成墨蓝色,而钙钛矿基於其特性及生产方式,光伏板可造成不同颜色。

  任广禹教授相信,钙钛矿除可製成目前常见的大型光伏板外,也可用於装贴在建筑物外墙、夹在建筑物或车船的玻璃窗中间,甚至涂贴在手錶、手机、车身之上等,他形容,“差不多想得到的表面,将来都可以用来发电。”

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