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科学技术

利用热电效应制成的混合太阳能电池

　　热电元件能将热能转化为电能。把它和利用光能制成的太阳能电池组合在一起，能够大大提高太阳能发电的效率，如今这项研究正在日本不断推进。有关日本利用清洁自然能源的新动向请看佐佐木节发来的报道。

　　由金属或者半导体两端的温度差产生的电动势，这种现象称为“热电效应”。 距今约200年前的1821年，爱沙尼亚物理学家托马斯塞贝克偶然发现了这一现象。不过，由于其产生的电力极其微弱，因此迄今为止除了应用在军事方面和宇宙开发等特殊领域，几乎从未应用于发电行业。然而，由于技术革新的发展，最近从热能向电能转化的效率得到了提高，它作为不依赖于化石燃料的新发电系统之一受到了人们的关注。

　　“现在，制造业领域中排放的热能，进行循环再利用的只有三分之一。如果，这些废热能够转化成为便于利用的电能的话，那么，能源问题以及环境问题都能够得到划时代的改善。”

　　说上述这番话的是名古屋大学研究生院工学研究科的河本邦仁教授。

　　2007年，名古屋大学和科学技术振兴机构等联合研发的热电转换材料，为废热发电的实用化做出了巨大贡献。其最大的特征是放弃迄今为止一直使用的铋，锑，铅等稀少且毒性很强的重金属，而采用钛酸锶这种及其常见的氧化物为材料。本来，在本身就是绝缘体的钛酸锶中间夹入经过特殊加工、厚度仅为0.4纳米的超薄钛酸锶片就能引发强大的电动势，这一技术已经研发成功。如果使用这种新型热电转换材料的话，与现有的热电元件相比就能够用很低的成本达到大约2倍的转换效率。

　　此外，河本教授还与中国电子科技大学共同合作，致力于将热电元件和太阳能电池组合在一起的混合发电设备研发项目。

　　“其实，以前就有将太阳能电池和热电元件组合在一起的想法，只不过都没能获得显著成果。其原因就在于，现在已经实用化的硅系列太阳能电池板，几乎能够吸收所有的光，无法穿透电池板。其中，我们致力于研究的是，在照射到电池板的太阳光中，仅仅吸收紫外线和可视光线来发电的染料敏化太阳能电池”

　　用染料敏化太阳能电池板的话，红外线能够穿透电池板。染料敏化太阳能电池是由导电玻璃，氧化物半导体，敏化染料等构成，与硅系列太阳能电池相比虽然发电效率稍逊，最大只有前者的12.3％，但却有着低成本简单易生产的特征。

　　河本教授所研发的混合型发电设备，其最上层是染料敏化太阳能电池，中间层是能够吸收红外线发热的复合材料，最下层又直接贴有热电元件，这个研发成果属于世界首创。

　　现在，因为我们使用的是现有的热电元件，所以这种混合型发电设备的发电效率大约只有14％左右。不过，我们模拟使用钛酸锶制的新热电元件时，发电效率就能够提高到20％以上，这比一般的太阳能电池板要多五成。而且，和硅系列太阳能电池不同的是，这种新型电池能够自由成型，还能够涂上颜色。因此它能够灵活地运用在交通工具以及建筑物等各个方面。

　　“热电元件的研究开发，是日本处于世界领先地位的领域之一。大家可能不知道，利用垃圾燃烧产生的热能以及高温的温泉热能技术正在向实用化推进。而且，今后如果利用热电元件的发电技术继续进步和发展的话，混合型发电设备的性能将会进一步得到提高。”河本教授这样讲道。

　　最大限度地利用取之不尽的普照大地的太阳光能源这一想法，是研发太阳能电池盒热电元件组合的新型发电系统的源泉。这种新型的发电系统蕴藏着巨大的可能性，它将有可能成为实现不依赖化石燃料以及核能的未来理想社会――“太阳能社会”的一张王牌。

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