新技术可使光电转化率提高到80%

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美国几所大学的研究人员合作开发出一种热光电系统，有望将太阳能电池的转换效率提高到80%。该研究成果发表在2013年10月16日出版的《自然·通讯》杂志上。

传统太阳能电池的硅半导体只吸收红外光，而高能量光波，包括大部分的可见光光谱，都以热能形式被浪费掉。虽然在理论上，传统太阳能电池的转换效率可达34%，但由于能量浪费，尽管其工艺不断完善和进步，其转换效率依然停滞在15%—20%。

为突破太阳能电池受制于转换效率的困境，美国斯坦福大学、伊利诺斯大学和北卡州立大学的研究人员着手开发出一种全新的热光电系统。据斯坦福大学电气工程系的范汕洄教授介绍，既然能让太阳能电池有效发电的热辐射光谱很窄，如果能够将太阳光压缩成为让太阳能电池有效发电的单色光，从理论上来说，太阳能电池的转换效率就能提高到80%的水平。

与传统太阳能电池不同，新的热光电系统首先将太阳光压缩成红外光线，再通过太阳能电池将其转换为电能。该系统有一个中间组件，包括两个部分：一个是吸收器，在阳光下可升温；另一个为发射器，将热转换为红外光线，然后向太阳能电池照射。

将太阳光压缩成为单色光的关键是保持材料的纳米结构。在最初的实验中，当温度约为1000摄氏度时，钨发射器的三维纳米结构出现崩塌。伊利诺斯大学的研究人员给钨发射器涂了一种称为二氧化铪的陶瓷材料，在1000摄氏度高温下，其结构完整性保持了12个小时，在1400摄氏度的高温下其热稳定性保持了1个小时。


这是科学家首次证实陶瓷材料有助于热光电领域及其他包括利用余热、高温催化和电化学能量储存等领域的研究。目前，他们正在测试其他陶瓷材料，以确定可为太阳能电池提供红外线的发射器。由于铪和钨在自然界的储量极为丰富，属低成本材料，制造耐热发射器的方法也十分成熟，科学家表示，这一成果将有力推动热光电领域的研发，帮助科学家探寻更多新的陶瓷材料应用于这一领域。

对太阳能电池来说，光电转化率（IPCE）与电池对照射在其表面的各个波长光的响应有关，不同的转变比例也就构成了光谱特性。但它没法把任何一种光都转换成电——有效发电的热辐射光谱其实很窄，所以传统太阳能电池效率一般只有20%左右。美国科学家目前在做的研究并不算新了，但一直以来也没人能拿出可独立工作的现实产物，若要其结果问世，怕还需要好些个年头。