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浴盐让太阳能电池更安全

时间: 2014年06月30日 | 作者: | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
但是太阳能光电板公司质疑实验室的成果是否能够节省成本。
 
化学家称,一种用作浴盐还有制作豆腐的普通化学物质,可以用来代替有毒且昂贵的化学物质,来制造高科技太阳能电池。尽管并未得到所有专家的认可,研究人员还是称他们的发现可以让碲化镉电池(一种只占总太阳能市场5%份额的超薄光学电池)制造过程更加安全,并且能够节省成本。
   
大多数太阳能光电板使用超纯的硅晶片;它们吸收阳光,为材料提供电子,让它们围绕着电池运动,并且产生电流。另一种方法则是利用能够吸收更多光的薄膜来制造电池,优点是不用进行纯化加工,而且能够快速部署。这些薄膜厚约1微米(仅为硅晶片的百分之一),因此它们比传统的电池使用的材料更少,还可用更柔韧的材料作为焊接衬垫,例如塑料或者金属薄膜,而不仅仅限于玻璃。
 
当薄膜电池最初开始使用的时候,这些以碲化镉(CdTe)为基础的电池比传统硅电池更便宜,而且性能方面只是相差无几。但是在2009年,中国制造的硅组件价格大幅下跌,让大多数薄膜制造商(包括那些传统的硅公司)倒闭。如今,“考虑到每瓦特的成本,CdTe正和晶体硅进行着一场非常激烈的竞赛,”彭博新能源经济(Bloomberg New Energy Finance)的太阳能分析师称,“这种电池要卖得更加便宜,才能弥补性能上略微不足的缺陷。”
 
取代镉的行动
CdTe有一个问题是这种电池必须涂上氯化镉(CdCl2)溶液涂层来增加其效率,一名英国利物浦大学的物理学家Jon Major称。在众多的优点当中,氯离子能够渗入CdTe并且能够建立起一个让电子能够顺利通过设备的半导体连接。但是这种化学物质却令人害怕,因为镉离子能够溶于水,Major称。“镉离子有毒,有可能致癌,能给水生动植物产生长期的伤害,而且价值不菲。”化学家们必须在预防措施上下足功夫,包括穿上防护服,还有要过滤掉溶解在实验室和工厂污水的镉离子。(在CdTe层里的镉不是可溶的,因此该组件并不会产生健康风险,Major称。)
 
Major和在利物浦大学的同事为了寻找一种更便宜更安全的氯化物,而对元素周期表仔细研究。他们尝试了几种不同的氯盐——包括氯化钠,但是都不奏效,因为像钠这样的离子会弄坏设备的电子结构。最后,他们尝试了氯化镁((MgCl2),它是一种普遍存在的化学物质,能够制造出一种和CdCl2有同样效率的电池。研究者认为这种盐能够奏效,是因为镁离子和镉离子那样拥有两个阳离子,因此它们并不会扰乱电子运动。
 
“我们能够制造出一种和氯化镉一样好的电池,”Major说。“配上一个网上买的便宜喷洒涂料装置,我们在开放的实验室就能用到这种盐。”MgCl2十分安全,可以在制作豆腐的过程中用来凝结豆浆,也可以用作浴盐,还可以在寒冷的冬天去除路面上的冰渣。其费用是1美元/千克,然而氯化镉则比其贵300倍还不止。
 
走出实验室
一名美国科罗拉多州州立大学的工程师Kurt Barth称CdCl2是这种电池最贵的部分之一。“我们在实验室用MgCl2做试验。如果我们成功的话,我们就将其应用到我们所有的设备里。”但是不管Barth还是Major都不能确定能够节省多少钱。
 
这一行里的最大的公司——美国亚利桑那州坦佩的First Solar却不怎么感兴趣。环境、健康、安全控制都要花很多钱,但是“CdCl2处理步骤在我们的制造过程中并不是一个主要的成本动因。”该公司的首席技术官,RaffiGarabedian在一次短暂的官方声明中这样说道。
“其在成本上的影响十分有限。”Michael Bauer称,他在一间德国的比特费尔德-沃尔芬(Bitterfeld-Wolfen)名叫Calyxo的碲化镉公司任首席技术官。
 
利物浦大学的团队不想建立他们自己的公司,但是已经打算为这个发现申请专利。仅仅发现First Solar公司在去年五月提交了一个碰巧提到MgCl2的独立专利申请。“他们在专利中列出了所有能想到的氯化物,”Major称,他同时也补充说,他的发现对于First Solar公司来说是一个新闻,该公司申请这个专利的时候根本没有意识到MgCl2。(First Solar称他们在知识产权问题上没有意见。)Major希望该公司能够最终接受他们团队的发现。“这意味着我们小规模的实验室研究能够影响大规模的工业——这就是为什么我们做科研的原因,”他说。(撰文:理查德•范•诺登(Richard Van Noorden)  翻译:谭玉飞)
 
 
原文链接:
http://www.nature.com/news/bath-salt-chemical-promises-safer-solar-cells-1.15464