據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月20日(北京時間)報道，美國麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家最新研制出一套太陽能熱光伏發(fā)電(STPV)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的一個高溫材料發(fā)出的熱會被光伏電池收集起來，因此新系統(tǒng)不僅能利用更多太陽光，也有望使存儲太陽能變得更容易。研究發(fā)表在本周出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一、機械工程學(xué)副教授伊夫林·王解釋說，傳統(tǒng)的硅基太陽能電池“無法利用所有光子”，因為要想將一個光子的能量變成電能，要求光子的能級與光伏材料帶隙的能級相匹配，盡管硅的帶隙與很多波長的光匹配，但也有很多不匹配。
為解決這一問題，他們在太陽光和光伏電池之間，插入了一個兩層的吸收—釋放設(shè)備。該設(shè)備由碳納米管和光子晶體等組成。該設(shè)備的外層直面太陽光，是一排多壁的碳納米管，其能有效吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)化為熱，當(dāng)這種熱將其緊緊依附的光子晶體加熱時，光子晶體會“發(fā)出”光，這種光的最高密度幾乎與光伏電池的帶隙相吻合，這就確保被吸收器收集的大部分能量能轉(zhuǎn)化為電。
傳統(tǒng)硅基光伏電池存在能源轉(zhuǎn)化效率方面的理論限制(肖克利—奎伊瑟極限)，其光電轉(zhuǎn)化效率最高為33.7%。而幾年前興起的這種太陽能熱光伏發(fā)電系統(tǒng)“可以顯著提高效率，最理想的情況可能超過80%”。
但這一理念在實驗過程中遇到了很多障礙，此前的STPV設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率還不足1%，最新STPV設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率為3.2%。研究人員表示，隨著研究的進(jìn)一步進(jìn)行，有可能達(dá)到20%，屆時就能進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)了。
由于這套系統(tǒng)的吸收—釋放設(shè)備依靠高溫來運行，其尺寸非常關(guān)鍵：物體越大，表面積與體積的比值越小，因此，尺寸越大，其熱損失下降越快。這次測試在一塊1厘米的芯片上進(jìn)行，以后將在10厘米的芯片上進(jìn)行。
總編輯圈點
作為一類較為新興的太陽能技術(shù)，熱光伏系統(tǒng)由于集光伏和光熱技術(shù)所長于一身，近年來頗受各國科學(xué)家關(guān)注——它可以吸收大部分太陽光，顯著提升光電轉(zhuǎn)化效率;它主要依靠熱來工作，能讓能源存儲變得更簡單快捷。然而，一項在理論上可行的新技術(shù)，真正要走向市場，甚至哪怕僅僅是在實驗室從圖紙變成樣機，都需要大量時間的耗磨和新材料等周邊技術(shù)的支持。熱光伏也是如此。本文的研究距離終點其實還相差很遠(yuǎn)，但這2.2%的進(jìn)步，絕對是成功路上堅實的堡壘。
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