科學(xué)家設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電池幾乎可以捕獲太陽(yáng)光譜的所有能量

科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一個(gè)新太陽(yáng)能電池的原型，該太陽(yáng)能電池將多個(gè)電池集成到一個(gè)能夠捕獲太陽(yáng)光譜中幾乎所有能量的設(shè)備中。新設(shè)計(jì)將直射陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能，效率為44.5%，使其有可能成為世界上最高效的太陽(yáng)能電池。

該方法不同于人們?cè)谖蓓敾蛱镆爸谐Ｒ?jiàn)的太陽(yáng)能電池板。新器件采用聚光光伏(CPV)面板，采用透鏡將太陽(yáng)光聚集到微小的微尺度太陽(yáng)能電池上。由于它們的尺寸小 - 小于1平方毫米 - 可以經(jīng)濟(jì)地開(kāi)發(fā)利用更復(fù)雜材料的太陽(yáng)能電池。

堆疊的電池幾乎就像一個(gè)陽(yáng)光篩，每層中的特殊材料吸收一組特定波長(zhǎng)的能量。當(dāng)光線通過(guò)煙囪漏出時(shí)，只有不到一半的可用能量已經(jīng)轉(zhuǎn)化為電能。相比之下，目前最常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池僅將四分之一的可用能量轉(zhuǎn)換為電能。

“在直射陽(yáng)光下到達(dá)地球表面的大約99%的能量落在250nm到2500nm的波長(zhǎng)之間，但是用于高效多結(jié)太陽(yáng)能電池的傳統(tǒng)材料無(wú)法捕獲整個(gè)光譜范圍，”Matthew Lumb說(shuō)。該研究的主要作者和GW工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究科學(xué)家。“我們的新設(shè)備能夠解鎖所述能量?jī)?chǔ)存在長(zhǎng)波長(zhǎng)光子，其在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池丟失，并且因此提供了一種途徑實(shí)現(xiàn)最終的多結(jié)太陽(yáng)能電池。”

雖然科學(xué)家多年來(lái)一直致力于提高太陽(yáng)能電池效率，但這種方法有兩個(gè)新穎的方面。首先，它使用一系列基于銻化鎵(GaSb)基板的材料，這些基板通常用于紅外激光和光電探測(cè)器。新型GaSb基太陽(yáng)能電池與在捕獲較短波長(zhǎng)太陽(yáng)光子的常規(guī)基板上生長(zhǎng)的高效太陽(yáng)能電池一起組裝成堆疊結(jié)構(gòu)。此外，堆疊過(guò)程使用稱為轉(zhuǎn)印的技術(shù)，這使得這些微小裝置能夠以高精度進(jìn)行三維組裝。

這種特殊的太陽(yáng)能電池非常昂貴，但研究人員認(rèn)為，顯示效率方面的可能性的上限非常重要。盡管目前涉及材料的成本，但用于制造電池的技術(shù)顯示出很大的希望。最終可以將類似的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，通過(guò)從非常高的太陽(yáng)能濃度水平降低成本和技術(shù)來(lái)回收昂貴的生長(zhǎng)基質(zhì)。