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石墨烯替代傳統硅片應用在太陽能電池領域

來源:鉅大LARGE    2019-07-01    點擊量:80

中國要實現在太空中建造一座兆瓦級太陽能發電站,將面臨很多前所未有的挑戰。為了實現這一遠大目標,中國已經在重慶建立了測試設施,并為該項目撥款80億美元的空間探索預算,這一規模快要追平美國的資金投入。

為什么中國要堅持這項龐大工程的建造?這是因為太空電站如果完全投入運行,則能向地球提供源源不斷的能源,緩解國內的資源緊張局面。盡管項目設想目前還處于初期階段,中國科學家已經開始很多具體問題的探索了。比如太陽能發電站重量約有1000噸,將所有設備送入太空中是巨大難題;大氣微波輻射對電站有無影響;現有的材料技術能否為太空設施提供幫助等。由此可見,中國為了爭奪太空資源,也是不遺余力。

許多熱衷于太陽能研究的科學家,感興趣的是用太陽能電池直接發熱。目前技術生產的太陽能電池是在一塊很薄的硅片下,放一塊更薄的浸過硼的硅片,可以將太陽能直接變成電能。光線照在上層,使電子遷移到下層,這就在兩層之間產生電壓差。

我們所知的把硅變為單晶硅,制造成本極高,只在一些特殊情況下,因為使用方便,可以忽視價格因素。太陽能發電站使用太陽能電池供電,可以想象到制造成本有多高。若能出現成本低廉,性能優異的新材料來替代硅片是極有利的事情。

眾所周知,石墨烯作為黑金材料在航天、能源、材料學等方面有著廣泛的應用前景,被視為未來的革命性材料。如今,石墨烯已在很多領域被廣泛應用,又因其安全性高、綠色環保、續航能力強的優勢,成為極好的電極材料。石墨烯良好的導電導熱性能已被科學家開發出來,相關技術已經趨向成熟,相關產品實現量產化。若將石墨烯替代傳統的硅片,應用在航天領域,可以節約資源和成本。

如果計劃順利施行,中國的空間太陽能電站預計2030年完成建造并投入運行。隨著時間的推移,新材料石墨烯在技術方面會有更多突破。若下一步在天空建造更大的千兆級太陽能發電站,或許比如今更為方便了。

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