科學也可以如此靠近

能捕獲絕大部分太陽光譜的太陽能電池

10月
17
2017

2017年10月17日20時 今日科學 煎蛋網

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科學家們設計和建造了一種新型太陽能電池的原型,將多個電池堆疊到一個設備中,能捕捉太陽光譜中幾乎所有能量。這一新設計轉換太陽光為電力的效率是44.5%,有望成為世界上效率最高的太陽能電池。

這一方法不同於一般在房頂或者田野中看到的那種太陽能電池板。這一新設備利用了聚光光伏(CPV)電池板,利用透鏡將太陽光集中到微小尺度的太陽能電池上。由於其尺寸很小——小於1平方毫米,因此可以有效地開發具有更複雜材料的太陽能電池。

credit: 煎蛋畫師Chon

堆棧式電池就像是太陽光篩子,每層的特製材料吸收特定波長集合的能量。等到陽光透過整個堆棧之時,近一半的可用能量都被轉換為了電力。相對的,目前大部分常見太陽能電池只能將25%的可用能量轉換為電力。

研究第一作者、喬治·華盛頓大學工程與應用科學學院研究科學家Matthew Lumb說道:「抵達地球表面的太陽光中99%的能量都落在250納米到2500納米波長範圍內,但高效多連接太陽能電池的傳統材料無法捕獲這整個光譜範圍。我們的新設備能夠解鎖存儲在長波長光子中的能量,這些是傳統太陽能電池力所未逮之處,從而為實現終極多連接太陽能電池提供了一條實現路徑。」

雖然科學家們為了實現更具效率的太陽能電池已經努力多年,這一方法具有兩個創新之處。首先,該方法利用了一族基於銻化鎵(GaSb)基底的材料,這常見於紅外雷射器和光電探測器等應用之中。這種新型的基於銻化鎵的太陽能電池被組裝成堆棧式結構,同時在傳統基底上生長能捕捉較短波長的太陽光的高效太陽能電池。此外,堆疊過程使用了一種名為轉印的技術,這一技術能以高精度三維組裝這些微小的設備。

這種太陽能電池非常昂貴,但研究者認為其最重要的是表明了所能達到的效率上限。雖然所用的材料花費很大,但用於製造這種電池的技術很有前途。通過降低成本和回收利用這些生長基底,未來類似的產品可能將被推向市場。

這一研究已被發表在7月10日的先進能源材料上。

論文原文:DOI: 10.1002/aenm.201700345


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