美國幾所大學的研究人員合作開發(fā)出一種熱光電系統(tǒng)，有望將太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提高到80%。該研究成果發(fā)表在10月16日出版的《自然·通訊》雜志上。
傳統(tǒng)太陽能電池的硅半導體只吸收紅外光，而高能量光波，包括大部分的可見光光譜，都以熱能形式被浪費掉。雖然在理論上，傳統(tǒng)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可達34%，但由于能量浪費，盡管其工藝不斷完善和進步，其轉(zhuǎn)換效率依然停滯在15%—20%。
為突破太陽能電池受制于轉(zhuǎn)換效率的困境，美國斯坦福大學、伊利諾斯大學和北卡州立大學的研究人員著手開發(fā)出一種全新的熱光電系統(tǒng)。據(jù)斯坦福大學電氣工程系的范汕洄教授介紹，既然能讓太陽能電池有效發(fā)電的熱輻射光譜很窄，如果能夠?qū)⑻柟鈮嚎s成為讓太陽能電池有效發(fā)電的單色光，從理論上來說，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率就能提高到80%的水平。
與傳統(tǒng)太陽能電池不同，新的熱光電系統(tǒng)首先將太陽光壓縮成紅外光線，再通過太陽能電池將其轉(zhuǎn)換為電能。該系統(tǒng)有一個中間組件，包括兩個部分：一個是吸收器，在陽光下可升溫;另一個為發(fā)射器，將熱轉(zhuǎn)換為紅外光線，然后向太陽能電池照射。
將太陽光壓縮成為單色光的關鍵是保持材料的納米結(jié)構。在最初的實驗中，當溫度約為1000攝氏度時，鎢發(fā)射器的三維納米結(jié)構出現(xiàn)崩塌。伊利諾斯大學的研究人員給鎢發(fā)射器涂了一種稱為二氧化鉿的陶瓷材料，在1000攝氏度高溫下，其結(jié)構完整性保持了12個小時，在1400攝氏度的高溫下其熱穩(wěn)定性保持了1個小時。
這是科學家首次證實陶瓷材料有助于熱光電領域及其他包括利用余熱、高溫催化和電化學能量儲存等領域的研究。目前，他們正在測試其他陶瓷材料，以確定可為太陽能電池提供紅外線的發(fā)射器。由于鉿和鎢在自然界的儲量極為豐富，屬低成本材料，制造耐熱發(fā)射器的方法也十分成熟，科學家表示，這一成果將有力推動熱光電領域的研發(fā)，幫助科學家探尋更多新的陶瓷材料應用于這一領域。
對太陽能電池來說，光電轉(zhuǎn)化率(IPCE)與電池對照射在其表面的各個波長光的響應有關，不同的轉(zhuǎn)變比例也就構成了光譜特性。但它沒法把任何一種光都轉(zhuǎn)換成電——有效發(fā)電的熱輻射光譜其實很窄，所以傳統(tǒng)太陽能電池效率一般只有20% 左右。美國科學家目前在做的研究并不算新了，但一直以來也沒人能拿出可獨立工作的現(xiàn)實產(chǎn)物，若要其結(jié)果問世，怕還需要好些個年頭。
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