新材料 讓太陽能電池效率更高、壽命更長、成本更低

材料牛注：來自美國加州斯坦福大學的研究者們，研發和測試了一種可以冷卻太陽能電池的新材料，可使太陽能電池效率提高，壽命延長，成本降低。

太陽能電池將太陽光轉化為電能，但是其效率僅有20%。剩余的能量，大部分都轉化為熱能，實際上損害了太陽能電池。

目前，來自美國加州斯坦福大學的研究者們，研發和測試了一種可以冷卻太陽能電池的新材料，在加利福尼亞冬日里可降低13攝氏度。由于熱量使得太陽能電池效率變低，研究者們預測他們的冷卻層有助于太陽能電池將大約額外1%的太陽光轉化為電能，這是一個很大的提高。由于高效降解速率的巨大降低，冷卻溫度也意味著太陽能電池將更持久。

研究者們將他們的成果展現在the Conference on Lasers and Electro-Optics 上，這次會議于六月五號至十號在加州圣荷西舉行。

使陽光下的物體冷卻的一種方法是將光發射到大氣層中。這種方法同樣適用于白色汽車和鏡像屋頂，但是不適用于太陽能電池，它需要吸收盡可能多的光來產生電能。另一種方法是使熱能容易散失，這種方法稱為輻射冷卻。

Linxiao Zhu，電氣工程教授Shanhui Fan研究團隊中的一名研究生，說道，“我們工作的獨特之處在于我們在保持太陽光吸收量的情況下證明了輻射冷卻。”換言之，即使是在太陽能電池吸收等量太陽光的條件下，這種新材料也使得太陽能電池冷卻。

研究者們將在維持太陽光吸收的條件下的冷卻與由二氧化硅制得的薄片（一種天然無色礦物石英）結合起來。研究者們在薄片上蝕刻錐形的洞，大約寬六微米，深十微米。這些洞被設計的很平整，使得輻射散熱易于進行。

該團隊通過將二氧化硅置于太陽能電池的表面，測試了二氧化硅層，即一個具有抗反射表面且與標準太陽能電池有相似吸收特點的拋光了的二氧化硅薄片，但是實際并未產生電能。

該測試核實了由于二氧化硅層是透明的，大約等量的太陽光依舊能照到太陽能電池上。事實上，由于蝕刻二氧化硅的抗反射和光捕捉效應，光吸收有少量增長。

研究者們還發現與空白太陽能電池相比，含蝕刻二氧化硅層的太陽能電池可將溫度降低13攝氏度。

Zhu認為，冷的太陽能電池性能優于溫度高的，所以溫度越低越好。研究者們估計冷卻下來的13攝氏度將會使太陽能電池的效率提高高于1%。Aaswath Raman，一位這項研究的合作者，也表明溫度可以加速太陽能電池部件的性能下降，所以冷卻可以使其壽命延長，成本降低。

最后Zhu談到，輻射冷卻依靠宇宙的寒冷，這是一種尚未開發的熱力資源。太陽能電池并不是得益于這種冷卻方法的唯一應用，尤其是這種新的研究表明該方法不會明顯改變太陽光的吸收。冷卻汽車、衣服和戶外設備都可能應用到這種方法。

Zhu和他的同事的下一步是測試蝕刻二氧化硅層的實際太陽能電池來證明預測的效率改善。該團隊也同感興趣的企業伙伴討論將這種方法商業化。

本文參考地址：Photonic crystals keep solar cells cool while still catching light

感謝材料人編輯部糯米提供素材