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編者按：俄亥俄州州立大學(xué)化學(xué)與生化系武毅英教授(YiyingWu)帶領(lǐng)的團隊研究出新太陽能電池，這項裝置能使成本降低四分之一，改善長久存在的太陽能儲存效能問題，光能直接在電池內(nèi)部轉(zhuǎn)換為電子，儲存效能近乎百分之百。

過去的太陽能電池是透過太陽能板發(fā)電，經(jīng)由電線將電能儲存到蓄電池中。但從太陽能板到蓄電池的轉(zhuǎn)換過程中，容易散逸電能、降低轉(zhuǎn)換效能。為改善這樣的問題，俄亥俄州州立大學(xué)把太陽能板和充電電池結(jié)合成混合裝置，讓太陽能板成為電池的一部份，電能就能直接存于電池中。一般的太陽能電池，只有80%的電子能從太陽能板移動到電池;有了這項新設(shè)計，光能直接在電池內(nèi)部轉(zhuǎn)換為電子，儲存效能近乎百分之百。

借由光和空氣便可自行充電的太陽能電池：負(fù)責(zé)捕捉光能的二氧化鈦柱和覆蓋于上方的網(wǎng)狀態(tài)金屬，可允許空氣從孔隙中流入電池。

太陽能電池在吸入空氣時放電，呼出空氣時充電
太陽能電池(SolarCell)是利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片，薄片吸收光能之時，電子脫離原子核束縛而被激發(fā)成自由電子，形成電流與電壓。但我們俗稱的太陽能電池實際上是芯片組，并不具備儲電的能力，因此需要接上蓄電池，將電能儲存。

俄亥俄大學(xué)研發(fā)的新的太陽能電池則將太陽能芯片與充電電池結(jié)合。光會進入網(wǎng)狀太陽能板中創(chuàng)造電子，氧氣則通過網(wǎng)狀孔洞進出電池內(nèi)部。電池里的電子參與過氧化鋰的化學(xué)分解時釋出鋰離子與氧氣，其中氧氣經(jīng)孔洞釋放到空氣中，而鋰離子儲存在電池中、準(zhǔn)備之后捕捉電子形成鋰金屬。電池放電時，化學(xué)反應(yīng)則使鋰金屬與氧氣反應(yīng)，消耗氧氣形成過氧化鋰。

設(shè)計讓電池「呼吸」的麻煩在于太陽能板通常是實心的半導(dǎo)體版，會阻隔空氣進入電池。因此，研究團隊以網(wǎng)狀鈦金屬制成「滲透性網(wǎng)狀太陽能板」，并于板上植上葉片狀的二氧化鈦柱。讓二氧化鈦柱在捕捉光的時候，同時也能讓空氣從孔隙中流入。

電解質(zhì)新秘方+電極新構(gòu)造+經(jīng)得起考驗的電池壽命
電極之間的電解質(zhì)是負(fù)責(zé)運輸電子的載具，過去的充電電池(如鋰金屬)使用的電解液是鋰鹽、常見的堿性電池的電解液則是氫氧化鉀。這款新型太陽能電池采用了一種新的電解質(zhì)：碘化物添加物，將其加入電極與網(wǎng)狀太陽能板間大幅提升了電池的效率。

而相較于一般太陽能板需要用四個電極連接電池，這項新設(shè)計只需要用到三個：網(wǎng)狀太陽能板自成第一個電極，太陽能板的下方則放置薄層孔洞狀碳板(第二個電極)和鋰版(第三個電極)，在電極間夾層則夾入電解質(zhì)層來乘載電子傳遞。由于只需要三個電極，也得以減低這項新設(shè)計的制造成本。

測試電池的過程會重復(fù)為電池充放電，同時以X光光電光譜儀分析電極材料的消耗狀況，研究者利用紅色染料來篩選所要捕捉的光的波段，原本所使用的釕物質(zhì)在八小時的充放電過程后染料消耗殆盡，于是轉(zhuǎn)以銹鐵鍍上網(wǎng)洞。測試結(jié)果顯示新型太陽能電池的壽命能與市面上的充電電池相抗衡。

大眾過去所關(guān)注的太陽能發(fā)展，大多集中于芯片板狀太陽能板的信息，使用情境幾乎是被固定在屋頂或是廣漠平地上，需要有龐大的蓄電池組儲存電力，才能發(fā)揮效能。會呼吸的太陽能電池，巧妙的將太陽能板與充電電池結(jié)合，使太陽能電池能擺脫繁瑣的線路與較為笨重的蓄電池，整合成自成系統(tǒng)的太陽能充電電池，使太陽能電池更為輕便，應(yīng)用面向也更加貼近我們的生活。挖掘各種多元的新型太陽能電池可打開我們對于太陽能的想象局限：太陽能可以更「行動化」、應(yīng)用可以更貼近日常生活。


原標(biāo)題：新太陽能電池：呼吸之間 完成蓄電