solar paint
美國 NREL(國家可再生能源實驗室)將 Perovskite 太陽能塗料塗在玻璃上。圖片來源:NREL

在眾多的再生能源中,太陽能是建置成本最低的選項之一,不需要龐大的資金、高階的技術與特殊的場域,只需要有日照的地方,就能夠使用太陽能。根據太陽能產業協會(SEIA)的數據,過去 10 年中,太陽能在美國的年均成長率為 42%;而根據國際能源署(IEA)的資料,2020 年的全球太陽能發電成長率為 45%,為 1999 年以來的新高。顯示太陽能應用的快速擴展。

太陽能發電的方式也不斷創新,除了傳統的固定式太陽能板外,也有太陽能熱水器,以及攜帶式的太陽能板等等。除此之外,還有一種叫「太陽能塗料」的材料,可以塗在屋頂、牆壁、交通工具,甚至是太陽能板上,讓日常生活中的物件都能用太陽能發電,產生更多電力。

目前有三種太陽能塗料技術。

第一種:太陽能製氫塗料

墨爾本皇家理工學院(RMIT)研究團隊開發一種從水蒸氣產生能量的太陽能塗料。該塗料的材料包含合成硫化鉬與氧化鈦。合成硫化鉬類似於矽膠,能吸收空氣中的水分;氧化鈦能幫助塗料利用太陽能,將吸收的水氣分解為氫氣與氫氧顆粒,而它們可用於生產清潔能源。

墨爾本皇家理工學院的首席研究員 Torben Daeneke 表示,該技術的優勢是,它不需要清潔的水,只要空氣中有水蒸氣就能生產燃料。若該材料正式商用,將是一種對環境友善且成本效益高的氫能源生產方式。

♦ TO 推薦閱讀:冰島新創做出超巨大「碳捕捉」機器,4000 公噸 CO2 全部變石頭!

第二種:量子點塗料

另一種塗料叫量子點(Quantum dots),又稱為太陽能光電塗料(photovoltaic paint),是多倫多大學開發的一種太陽能塗料。它的原理,是將奈米級半導體嵌入光子吸收膜中,能吸收長波長的光線(包含近紅外線光譜),將其轉成電能。

量子點不僅製造成本比傳統太陽能電池低,發電效率還多了 11%。論文作者 Susanna Thon 表示,量子點有兩個優勢,第一是成本低,第二是量子點的大小能改變,因此能調整它吸收的光波長範圍。

研究人員期望,未來能將量子點塗到柔性表面上,或者是列印到柔性薄膜上,讓形狀不規則的物體也能使用太陽能發電,例如飛機機翼。研究團隊表示,量子點塗層覆蓋汽車車頂大小的面積,就能為 24 個緊湊型日光燈供電。

第三種:Perovskite 塗料

該材料以俄羅斯礦物學家 Lev Perovski 的名字命名。1839 年,人類首次發現 Perovskite 晶體結構,是一種過氧化物材料,後來被證明是一種半導體,可以將光能轉成電能。2009 年,日本科學家首次將過氧化物用於太陽能發電。2014 年,Sheffield 大學的研究人員創造出基於過氧化物的太陽能電池。

由於該材料在常溫是液體,因此能用噴漆的方式,將太陽能塗料噴到物體上,降低成本與材料浪費。Perovskite 太陽能塗料也被稱為噴霧式太陽能電池,能在物體上噴出一層太陽能發電層;除了一般的物體,也能噴在太陽能板上,提升發電效率。

♦ TO 推薦閱讀:【深海風電大商機】新創研發網格式風力發電機,發電功率比傳統風機高 5 倍

太陽能塗料的成本低、彈性高,但發電效率較低

與傳統太陽能板相比,太陽能塗料成本更低,而且彈性更高,物體只要能塗上塗料就可以發電,再透過適當的設備收集電力,就能利用這些電能。但是太陽能塗料的缺點是發電效率低,多數效率僅有 3% 到 8%,因此研究人員正積極研究提升效率的方式。

目前太陽能塗料仍在開發階段,並沒有大規模商業化。但一些塗料已可以應用在屋頂、牆壁、門、窗戶上,未來也有機會用於汽車、道路上,讓更多物體也能利用太陽能發電。同時,這類塗料也可塗在太陽能板上,提升發電效率,讓太陽能更妥善的被利用,實現清潔能源願景。

參考資料:Solar ReviewsInteresting EngineeringNPR

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:NREL