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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(guān)鍵是保持材料的納米結(jié)構(gòu)。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(gòu)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(gòu)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(lǐng)域及其他包括利用余熱、高溫催化和電化學能量儲存等領(lǐng)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(lǐng)域的研發(fā)，幫助科學家探尋更多新的陶瓷材料應(yīng)用于這一領(lǐng)域。 |
