番茄色素可能是提高太阳能电池板效率的关键

太阳能的主要缺点之一在于太阳能电池板的效率不同。 通常，太阳能电池的效率在 15% 到 22% 之间，具体取决于位置、天气和其他自然条件，以及所使用的太阳能发电系统的类型。

不过，在过去几年中，光伏技术的进步帮助提高了转化效率。

2022 年，该领域最令人难以置信的发现之一归功于一组中国研究人员，他们发现番茄红素（一种使西红柿变红的色素）可将钙钛矿太阳能电池的效率从 20.57% 提高到 23.62%。 

今天的太阳能电池板效率如何？

目前，大多数商业太阳能电池板（约 90%）都是硅基的，因为它是一种相对经济高效的选择，因为它们可以使用长达 25 年并且不需要大量维护。 

但它们的效率很少超过 20-25%。

有几种类型的硅基太阳能电池板： 

• 非晶硅太阳能电池板。作为市场上最便宜的替代品之一，这种太阳能电池板包含一种称为非晶硅 (a-Si) 的非晶硅薄膜，它用作半导体材料。太阳能电池的效率大约为 6% – 13%。 
• 多晶硅太阳能电池板。这些太阳能电池板包含高纯度多晶硅碎片，这些碎片熔化在一起形成太阳能电池的薄片。这些硅基太阳能电池板有许多晶体，使电子更难穿过它们。因此，这类太阳能电池板的效率通常在13%-16%左右。
• 单晶硅太阳能电池板。这些太阳能电池板由组织成晶片的纯单晶硅组成，呈深黑色，效率约为 17% 至 24%。然而，它们的制造可能复杂且昂贵。

然后，我们有钙钛矿太阳能电池板，由钙钛矿结构的化合物制成，作为吸光层。这些是基于钛酸钙晶体结构的化合物，可以嵌入不同的阳离子（带正电的离子）。  

使用卤化铅钙钛矿制成的钙钛矿太阳能电池板比硅基太阳能电池板成本低且效率更高（效率约为 25%）。然而，它们很容易因水分、热量、光线和其他因素而降解。 

由于使用寿命短，这些太阳能电池板目前在市场上没有竞争力。尽管如此，钙钛矿太阳能电池的其他特性还是很有前途的，科学家们并没有放弃寻找提高面板稳定性、耐用性和效率的新方法。

这就是番茄红素，即“番茄色素”的用武之地。 

如何提高太阳能电池板的效率？

番茄红素是一种天然抗氧化剂。因此，它可以抑制氧化，即产生自由基的化学反应。 中国研究人员假设番茄红素可以减少紫外线产生的钙钛矿太阳能电池板的降解，增强其耐用性。

但经过测试，他们发现番茄红素钝化了晶界（多晶材料中两个晶粒或微晶之间的界面），提高了结晶度和透明度，并降低了电子陷阱的密度——总体而言，增强了电流太阳能电池板，从而也提高了它们的效率。

然而，这并不是科学家第一次设法提高钙钛矿太阳能电池板的效率。 

2021 年 4 月，香港城市大学的一个团队将二茂铁（一种铁基有机金属化合物，于 1951 年在杜肯大学首次制备）添加到钙钛矿太阳能电池中，将其效率提高到 25%，同时还通过了由国际电工委员会。 

同年 9 月，来自荷兰的研究人员创造了一种四针钙钛矿-硅串联装置，该装置使用硅太阳能电池与钙钛矿太阳能电池的混合物，从可见光和红外光谱（通过硅太阳能电池）中提取能量，再加上紫外线光谱（通过钙钛矿太阳能电池）。该设备实现了 30.1% 的效率。获 取 更多硬科技 前沿访问：https://byteclicks.com

对于硅基太阳能电池板，提高其效率的一种方法是添加薄层钙钛矿或其他吸光材料（如氧化硅）。另一种方法是在太阳能电池板附近以特定角度放置镜面反射器，以帮助它们吸收更多的阳光。

此外，菲涅尔透镜可以用作太阳能聚光器来构建太阳能电池板，这些太阳能电池板实际上将接收到的阳光集中到它们的太阳能电池上。 

影响太阳能电池板效率的因素有哪些？

除了上述技术外，太阳能电池板的效率还会受到以下因素的影响：

• 天气状况。高温对于太阳能发电来说是个问题，因为热量会降低太阳能电池板的电压输出。云层覆盖减少了太阳能电池板接收到的直射阳光，大雪可以完全阻挡它们。
• 方向和角度。太阳能电池板必须尽可能多地暴露在阳光下才能提高效率。他们应该在北半球面向南方，在南半球面向北方，但这并不意味着固定的方向是理想的。建议使用跟踪太阳运动的设备。
• 阴影。阴影会使太阳能电池板的效率降低一半以上。当安装远离高大的树木或其他投射阴影的物体和/或如果它们具有与太阳能电池并联的旁路二极管时，各种太阳能电池板的工作效果会更好。
• 维护。随着时间的推移，灰尘和碎屑会积聚在太阳能电池板中，从而降低其性能。雨水经常会冲走污垢，这就是太阳能电池板几乎不需要维护的原因，但事实是，太阳能电池板必须保持清洁才能以最高效率运行。
• 日晒水平。“日照”是指一段时间内单位面积的阳光能量。可以在NASA 的 Power Data Access Viewer中检查根据太阳能电池板位置的日照水平的区域变化。