2024值得关注的十大前沿技术

关注八：能量采集技术突破点：新材料+新型能源

行业背景：能量采集正朝着可再生和清洁能源的方向发展。常见的能量采集种类包括太阳能、风能、水能和地热能等。目前，这类技术也在向着新材料和新型能源的方向发展。qMlednc

技术思路：最近，太阳能电池在新材料方面有两项重大突破：qMlednc

• 英国Oxford PV公司开发出钙钛矿/晶硅串联太阳能电池，其在258.15cm²商用尺寸下的效率达到28.6%，引领了新的效率纪录(图10)。该太阳能电池技术是先在晶硅太阳能电池上涂上一层薄薄的钙钛矿，然后组装成面板，创造一种效率更高的电池，与纯硅电池技术相比，其从阳光中产生的电力至少要多20%。

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图10：Oxford PV生产线生产的电池效率达到28.6%。(图片来源：Oxford PV)qMlednc

• 中国科学院上海微系统所的研究团队开发出了高柔韧性单晶硅太阳电池，它可以像纸片一样弯曲，且不易断裂(图11)。该研究团队发现，单晶硅太阳电池在弯曲应力作用下的断裂总是从单晶硅片边缘处的“V”字型沟槽开始萌生，该区域被定义为硅片的“力学短板”。根据这一现象，研究团队创新地开发了边缘圆滑处理技术，将硅片边缘的表面和侧面尖锐的“V”字型沟槽处理成平滑的“U”字型沟槽，从而改变了硅片边缘的微结构以及力学特性，在增强硅片柔韧性同时，并不影响硅片对光的吸收能力。

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图11：柔性单晶硅太阳电池应用场景。(图片来源：中科院上海微系统所)qMlednc

此外，在新型能源方面也有两项研究成果：qMlednc

• 南洋理工大学的研究团队设计了一种高效液滴能量纳米发电机(DENG)，它通过在回收的DVD光盘表面直接涂覆复合层制成，并通过液滴能量来发电。实验结果显示，DENG表现出优异的电性能，输出电压约为192V，瞬时功率密度为65W⋅m^-2，滴能量转换效率为3.60%，在同类成果中位居前列。
• 马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究团队则构建了一种“空气发电机”，仅利用周围环境的空气就能产生近乎恒定的电力(图12)。该技术的重点取决于材料是否具有一种特性，即具有直径小于100nm的微小孔洞。当潮湿的空气通过空气发电机材料的小孔时，水分子在穿过薄层时很容易撞到孔的边缘。这会导致发电材料的上部会比下部受到更多携带电荷的水分子的轰击，也就会携带更多的电荷，产生了电荷不平衡，从而形成电池。

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图12：如何从空气中获取电力。(图片来源：Derek Lovley/Ella Maru Studio)qMlednc

未来应用：能量采集技术是一项日益重要且不断发展的领域，未来有许多潜在的应用领域，包括可穿戴科技、物联网设备、工业应用、科学研究和探险，以及军事和安全领域等等。总的来说，能量采集技术在未来可以为许多领域提供可持续的能源解决方案，改善设备的使用体验，提高设备的可靠性和持久性。qMlednc

技术突破性：　★★★☆☆qMlednc

潜在应用领域：★★★★☆qMlednc

商业化可行性：★★★☆☆qMlednc

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