玻璃可以提供更高效,耐用的太阳能电池

玻璃可以提供更高效,耐用的太阳能电池

只需添加一层薄薄的玻璃,即可实现自冷却,更持久,更高效的太阳能电池。

今天发表在在线期刊上的一篇论文 。光学 概述了更好地获取太阳能的可能解决方案。

太阳能电池通过将太阳辐射转换成能量来工作 通过这个过程,预计会有一定量的能量损失。

但是太阳能电池过热会损失大量的能量。 这限制了电池发电的能力并缩短了电池的使用寿命。

击败热火

新的 研究团队 来自加利福尼亚州斯坦福大学的时候发现了一层薄薄的 石英玻璃 嵌入微小锥体和金字塔结构的晶体放置在硅太阳能电池的顶部,电池的工作温度急剧下降。

在电子工程教授Shanhui Fan的带领下,研究人员发现,这层玻璃将不需要的热量重新导向大气层并进入太空。

通过消除过多的红外辐射,太阳能电池保持凉爽,并且更有效地将太阳光转换成能量。

太阳能电池该图显示了太阳能电池如何通过引导掉不需要的热辐射来冷却自己。 由石英玻璃制成的金字塔结构提供最大的辐射冷却能力。 L.朱/斯坦福大学

该图显示了太阳能电池如何通过引导掉不需要的热辐射来冷却自己。 由石英玻璃制成的金字塔结构提供最大的辐射冷却能力。 L.朱/斯坦福大学

该论文的第一作者,博士物理学候选人林晓霄表示,这一发现可能会导致开发更具成本效益的太阳能电池板,使它们更好 可再生能源替代.

“降低太阳能电池的温度可以提高运行效率,”朱说。

“此外,太阳能电池的较低工作温度可以显着延长使用寿命,从而降低系统的平衡能源成本。”

减少浪费的能量

根据该论文,单个硅电池的功率转换效率的上限约为33.7%。 随着电池的升温,效率会下降 - 温度每升高一度,大约降低半个百分点。

用于冷却太阳能电池的主动方法(例如通风或液体冷却剂)的成本超过了益处。 因此到目前为止,过热导致的效率损失尚未得到解决。

这种被动方法通过利用不同波长的太阳辐射来工作。 光谱中的可见光最好地携带能量,而红外线携带更多的热量。

研究人员计算出,通过使用石英玻璃“转离”红外辐射,热量下降而不会对太阳能电池可吸收的可见光量产生负面影响。

“我们想出了一种由微尺度二氧化硅金字塔组成的优化设计,”范教授说。

“[这]既通过辐射冷却机制最大化冷却功率,同时在太阳辐射波长下保持透明。”

澳大利亚国立大学 Andrew Blakers 他说虽然这项研究的作者有一个合理的理论基础,但这个模型在现实世界中不太可行。

“不幸的是,论文中的比较是在特殊结构和裸露的太阳能电池之间,而不是封装的电池[和]裸露的太阳能电池从未部署在现场,”可持续能源系统中心主任贝克说。 (CECS)在澳大利亚国立大学

“标准玻璃覆盖层具有许多功能,包括韧性,抗划伤性,结构强度,耐潮湿性,与EVA /硅树脂的粘合性。

“玻璃覆盖层必须放弃,因为它会导致太多的热辐射寄生吸收 - 它必须被基板取代,才能使模块自支撑。”

来自美国的鲍威尔副教授 昆士兰大学 虽然这种方法令人兴奋,但成本可能超过收益。

“如果制造成本不够便宜,那么从效率提升中获得的额外电力和替代太阳能电池所节省的成本将不会为涂层付出代价 - 在这种情况下,没有人会对使用它感兴趣,”物理学家说。 。

“这是一个非常优雅和有前途的想法,但要在你的屋顶上找到它之前还有很长的路要走。”

尽管如此,该论文的作者仍然相信未来的发展是可能的。 朱林霄表示,下一步是将这项研究应用于实际应用。

“我们通过极其精确的数值方法验证了这种设计,现在正在尝试通过实验证明第一个原型,”他说。

谈话这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.

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