国际太阳能光伏网讯:莱斯大学的科学家正在设计单壁碳纳米管阵列薄膜,以吸收中红外辐射(热量),从而极大地提高太阳能电池的效率。根据研究,碳纳米管可能在未来用于制造太阳能电池,它可以提高光伏电池效率。
莱斯大学布朗工程学院的Gururaj Naik和Junichiro Kono在ACS Photonics杂志上介绍了他们的技术。他们的发明是一种双曲线热发射器,可以吸收本该流散到大气中的强烈热量,将其挤压至窄带隙并发射出可以变成电的光。这一发现依赖于2016年Kono团队的另一项发现,当时他们发现了一种简单的方法来制造紧密堆积、高度对齐的晶圆级纳米管薄膜。
红外辐射是太阳光的一个组成部分,它为地球提供热量,但它只是电磁波谱的一小部分。纳米管薄膜提供了隔离并利用中红外光子的机会,否则中红外光子会被浪费掉。
纳米管薄膜是吸收废热并将其转变为窄带光子,因为纳米管中的电子只能在一个方向上运动,所以排列的薄膜在该方向上是导电的,而在垂直方向上是绝缘的,Gururaj Naik称之为“双曲线色散”。
热光子可以从任何方向撞击薄膜,但只能通过一个方向离开。它不是从热能直接转向电力,而是从热能转化为光能再转化为电能。Naik表示,似乎两个阶段比三个阶段更有效,但在这里,情况并非如此。
Naik还补充说,普通太阳能电池可以将效率提高到22%左右。通过将所有浪费的热能压缩到一个小的光谱区域,进而可以非常有效地将其转化为电能,这样,理论预测,可以将光伏电池效率提高80%。
纳米管薄膜适合完成这个任务,因为它们可以承受高达1700摄氏度(3092华氏度)的高温。Naik团队建造出能够在高达700 摄氏度(1292 F)的温度下运行并确认其窄带隙输出的概念纳米管薄膜产品。为了制造它们,该团队将亚微米级腔体化为芯片级的薄膜。
碳纳米管可以通过提高转化效率来改变光伏项目的整体收益,从而可以产生更多的电力。目前,单晶电池和PERC电池的效率通常分别为20.3%和22.2%,而多晶电池的效率约为18.9%。