热新太阳能电池

麻省理工学院研究人员团队已为第一次表现出一种基于一个方法，使他们可以转化为电能多少阳光从理论上预测上限突破的太阳能电池装置。
自从 1961年众所周知，是一个绝对理论极限，称为肖克利奎塞尔限制，如何高效的传统太阳能电池可以在他们的能量转换。由硅制成的单层细胞 — — 用于绝大多数的今天的太阳能电池板的类型 — — 那上限是约 32%。但它也被称为有一些可能的途径，以提高整体效率，如通过使用多层的细胞，一种方法，被广泛研究，或通过在生成电力之前首先将阳光转换为热。它是后一种方法，使用设备称为太阳能 thermophotovoltaics 或 STPVs，这组现在已经证实。
结果会报告本周在日记中自然能量，在麻省理工学院的博士生大卫尔曼的一篇文章、 教授伊夫林 · 王和马林 Soljačić 和其他四人。
所有的研究，在传统的光伏发电面临的相同的基本理论局限性，尔曼说，”与太阳能 thermophotovoltaics 你有时的可能性超过。事实上，理论预测，原则上这方法，涉及配对添加图层的高科技材料与传统的太阳能电池，可以增加一倍以上的理论极限效率，可能使得从面板给定地区提供多一倍的功率。
“我们相信这项新工作是令人兴奋的进步领域，”王说，”正如我们所示，第一次，具有较高的太阳能-电转换效率相比，在底层的 PV 电池的 STPV 设备。”在演示中，这个团队使用相对低效率光伏电池，所以系统的整体效率是只有 6.8%，但它清楚地表明，在进行直接的比较，由 STPV 系统启用的改进。
基本原理很简单 ︰ 而不是作为太阳能电池的热耗散无法使用太阳能，所有的能量和热量第一次吸收中间的一个组成部分，将使该组件发出的辐射换热的温度。通过优化的材料和配置这些添加的图层，就可以发出这种辐射形式的只是正确的波长光太阳能电池来捕获。这提高了效率，降低了在太阳能电池产生的热量。
关键使用高科技材料称为光子晶体，可作为发出精确地确定的波长的光时加热。在这个测试中，光子晶体集成到一个系统与垂直排列的碳纳米管，和操作在 1000 摄氏度的高温。一旦加热，纳米光子晶体继续排放很窄的波长的光，精确匹配的乐队，相邻的光伏电池可以捕获并转换为电流。”碳纳米管是几乎完美的减振器在整个彩色光谱，”尔曼说，允许它捕获全太阳光谱。”所有的光子的能量获取转换为热。然后，那热获取重新释放出光，但纳米光子学结构，转换到与光伏电池的峰值效率相匹配的颜色。
在操作中，这种方法会使用常规的太阳能聚光系统，与透镜或反射镜聚焦太阳光，以保持高的温度。额外的组件，先进的光学滤波器，让能够通过所有所需波长的光对光伏单元格，同时反映回任何不需要的波长，因为即使这种先进的材料不够完善，限制其温室气体排放。反射的波长然后被重新吸收，帮助保持光子晶体的热。
尔曼说，这种系统可以提供众多的优势，传统的太阳能电池，无论基于硅或其他材料。为一件事，是不受简短环境变化，如云经过太阳光子设备生产基于热量的排放，而不是光是指它的事实。事实上，如果加储热系统，它可以在原则提供能使太阳能发电在全天候的基础上使用。”对我来说，最大的优势是承诺的连续上需求力量，”他说。
此外，由于该系统利用能量，否则会变成热量浪费了的方式，它可以减少可以破坏一些太阳能聚光系统的过热发电。
为了证明工作的方法，研究小组进行了测试，使用 STPV 组件，光伏电池第一次在阳光直射下，然后与太阳完全堵塞，使只有辅助光排放的光子晶体被照亮的细胞。结果表明，实际性能匹配的预测的改进。
“到目前为止在这一领域的工作很多一直概念证明示威，”尔曼说。”这是我们实际上把太阳和要证明效率的光伏单元格之间的第一次”的热力系统。即使有了这个相对简单的早期阶段演示，尔曼说，”我们显示只是与我们自己优化的几何，我们其实可以打破肖克利-奎塞尔极限”。原则上，这样一个系统可以达到大于理想的太阳能电池的效率。
接下来的步骤包括设法使小、 实验室规模的试点单位，发展方向和经济上制造这类系统的更大版本。
这表示”重大实验研究进展”，说彼得贝梅尔，助理教授在电气与计算机工程在普渡大学，不是与此工作相关联。”到最好的据我所知，这是太阳能冠捷，使用太阳能模拟器、 光电接收器，合理表示可能可以实现户外的实际性能的选择性吸收、 选择性的过滤，创下新纪录。他补充说，”它亦显示太阳能冠捷可以超过光伏输出相同的单元格，为一个足够高的输入的功率密度，直接比较贷款这种使用浓缩的阳光的应用程序的方法。
研究团队还包括麻省理工学院校友 Andrej Lenert 博士 14，现在是麻省理工学院博士后沃克陈和 · 比克拉姆 · 巴蒂亚，美国密歇根大学的研究员和科学家伊万 Celanovic。固态太阳能热能量转换 (S3TEC) 中心，支持工作，由美国能源部的资助。