太陽能電池板發電效率提升6倍

近日,美國麻省理工學院光子與現代電磁學研究小組在光波傳導和控制范疇取得重大沖破,他們首創光波傳導方向的控制機制,研究成果已發表在最近一期的頂級學術期刊《科學》雜志上。浙江大學信息與電子工程系的學者也給該項研究提供了緊要支持。

據中國經濟網記者知道,這項被稱為方向選擇性濾光器的研究隸屬于麻省理工學院固態光熱伏電池項目。該項目的多種潛在使用范疇里一個比較緊要的部分在于變革工業用太陽能電池板,將發電效率從現有的15%提升至8090%。麻省理工學院的學者們與浙江大學合作,首次研發出一種有效的材料系統,使得光線僅能從某個特定方向傳播進入此種材料,而從其他方向傳播的光線都會被反射,由此確保已被吸收的光波不會散射流失,最大程度實現太陽能電池板對光的吸收和存儲。

固態光熱伏電池示意圖

該種材料系統由兩種不同的極薄材料堆積而成,每一層的厚度都能被精確地控制。課題研究組的教授解析說:通常情況下,當光打在兩種材料的交界面時會發生反射。然而有一個奇妙的角度叫做布魯斯特角,當光線剛好從布魯斯特角入射時,材料交界面上不會有任何反射。

研究論文第一作者、麻省理工學院使用物理系三年級博士生沈亦晨表示:雖然光在每一個材料交界面處惟有很少部分被反射,但當一個材料系統有多層結構時,光在各個交界面的反射重疊能夠使得大部分光線被反射,唯獨沿著布魯斯特角傳播的那束光線除外。我們用80層精確控制厚度的材料系統實現了對所有可見光波段傳播方向的選擇。

方向選擇性濾光器效果圖

據中國經濟網記者知道,該項研究在光伏電池、光學檢測系統以及交通工具抗干擾等范疇都有潛在使用價值。以光伏電池為例,目前傳統的太陽能光伏電池板由單晶硅制成,單晶硅只能吸收波長小于1.2微米部分的太陽光并將其轉換為電能,而此波段只占太陽光全部能量的37%左右,傳統太陽能電池板受制于單晶硅對光波的選擇特性因而發電效率有限。麻省理工學院的固態光熱伏電池項目對太陽光的吸收方式進行革新,首先將全部波段的太陽光納入吸收板,遂轉換為熱能加熱吸收板,繼而控制吸收板只輻射能被單晶硅最有效利用的光波波段,使太陽能電池的發電效率得到質的提升。

此外,方向選擇性濾光器還可使用于天文望遠鏡、顯微鏡和照相機等光學檢測系統。當照相機被用來逆光拍攝物體時,選擇性濾光可使相機只接受被攝物體方向的光線,從而避免其他方向的強光干擾、清晰捕捉到被拍攝物體。在交通工具抗干擾方面,若用此種可選擇光波傳導方向的材料制作汽車擋風前窗,則可有效屏蔽迎面駛來車輛的強光干擾,降低交通事故發生率。目前,美國軍方也在與MIT的學者們探討將方向選擇性濾光器使用到戰役機飛行員抗激光干擾方面的可能性。

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