對(duì)更環(huán)保、更高效的電力/電力供應(yīng)源的持續(xù)探索最近取得了積極成果，升級(jí)版的利用太陽(yáng)能發(fā)電。最近，美國(guó)（US）的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種新的太陽(yáng)能電池，它基于六個(gè)能夠捕捉陽(yáng)光的光敏活性層。這些新電池有可能達(dá)到 50% 的光轉(zhuǎn)換效率。

傳統(tǒng)平板和單結(jié)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá) 30% 左右。實(shí)驗(yàn)表明，增加結(jié)的數(shù)量和集中光的技術(shù)可以改善結(jié)果。由 NREL（國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室）開發(fā)的新型六結(jié)太陽(yáng)能電池在與光集中相結(jié)合時(shí)可將 47.1% 的入射光轉(zhuǎn)化為電能。迄今為止的跡象表明，這種類型的太陽(yáng)能電池可以達(dá)到 50% 的效率。

開發(fā)的多結(jié)光伏電池克服了傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的效率限制。新的 NREL 有大約 140 層各種 III-V 合金，包括六個(gè)不同的光敏層。每個(gè)光敏層捕獲來(lái)自太陽(yáng)光譜特定部分的光。

在不久的將來(lái)，該電池將用于光伏應(yīng)用。

據(jù)參與該項(xiàng)目的科學(xué)家之一、描述該設(shè)備本身的研究的作者 John Geisz 報(bào)道，這是一種“真正展示了多結(jié)太陽(yáng)能電池的非凡潛力”的設(shè)備。它以自然能源為特色。

電池的六個(gè)結(jié)（光敏層）中的每一個(gè)都捕獲來(lái)自太陽(yáng)光譜特定部分的光 [Source Nature ]。該記錄是使用能夠聚焦太陽(yáng)光的特殊鏡頭，通過將強(qiáng)度提高 143 倍獲得的，但即使不使用這種技術(shù)，轉(zhuǎn)換率仍然非常高。

電池的六個(gè)結(jié)（光敏層）中的每一個(gè)都捕獲來(lái)自太陽(yáng)光譜特定部分的光[來(lái)源：自然]

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的自然光測(cè)試顯示效率為39.2%，這也是一個(gè)非常高的數(shù)值。據(jù)研究人員稱，還可以為太陽(yáng)能電池配備鏡子，將陽(yáng)光聚焦在表面，從而提高效率。

串聯(lián)內(nèi)阻還是太高

目前，商業(yè)化存在一些障礙，盡管 NREL 相信很快就會(huì)克服。電池內(nèi)部存在的電阻屏障阻止了高百分比電流的流動(dòng)。這個(gè)問題不允許我們達(dá)到 50% 的效率。另一個(gè)需要考慮的障礙是設(shè)備所需材料的生產(chǎn)成本很高。

降低成本的一種方法是減少所涉及的有效照明面積。例如，您可以使用鏡子或聚光器來(lái)捕捉光線并將其集中在特定點(diǎn)上。這個(gè)問題存在于地球上，而在其他行星上，也許是離太陽(yáng)更近的行星，光通量要強(qiáng)大得多。

這種解決方案可以將所需的感光材料數(shù)量減少一百甚至一千倍。此外，眾所周知，當(dāng)光集中時(shí)效率會(huì)提高。在此之前，四結(jié)太陽(yáng)能電池已展示出最高的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率水平，但現(xiàn)在，隨著六結(jié)的采用，結(jié)果已大大提高。在這種結(jié)構(gòu)中進(jìn)一步降低串聯(lián)電阻實(shí)際上可以使效率水平提高 50% 以上。光的使用和利用極為重要，應(yīng)該在最高水平和最佳條件下進(jìn)行。

NREL 科學(xué)家 John Geisz（左）和 Ryan France

太陽(yáng)能系統(tǒng)的生產(chǎn)高度依賴云層覆蓋。天氣預(yù)報(bào)可用于預(yù)測(cè)將到達(dá)地面太陽(yáng)能收集器的陽(yáng)光量。這增加了旨在準(zhǔn)確和精確地預(yù)測(cè)云現(xiàn)象的地球靜止衛(wèi)星的數(shù)量。這些估計(jì)將通過確定云的高度、厚度和光學(xué)深度來(lái)影響到達(dá)地球表面的陽(yáng)光量。水呈現(xiàn)多種液體形式或各種大小的冰晶。這通過影響云的光學(xué)深度來(lái)改變其吸收。

這些測(cè)試是通過使用效率為 35.8% 的 IMM 6J 聚光器制造、表征和分析太陽(yáng)能電池來(lái)進(jìn)行的。如前所述，限制涉及由 Zn 擴(kuò)散引起的高內(nèi)部電阻勢(shì)壘。工作溫度也影響屏障的高電阻。這些設(shè)備采用電解鍍金觸點(diǎn)和低粘度環(huán)氧樹脂硅膠手柄制成。

多結(jié)太陽(yáng)能電池[來(lái)源：自然]

太陽(yáng)能

隨著發(fā)電量的增加，太陽(yáng)將在未來(lái)幾十年成為電力供應(yīng)的來(lái)源。任何設(shè)備都可以更好地使用更高效的太陽(yáng)能電池，在相同的空間下，可以保證更多的功率，反之亦然，在相同的功率下，會(huì)更小。無(wú)論如何，新的太陽(yáng)能電池可以從中提取更多的能量。

最近，在世界許多地方，無(wú)污染的天空有助于提高光伏電站的生產(chǎn)力。在英國(guó)，4 月 20 日，太陽(yáng)能發(fā)電量達(dá)到 9.7 吉瓦的峰值，占該國(guó)電力供應(yīng)的近 30%。在德國(guó)，4 月份整周的太陽(yáng)能份額達(dá)到 23%，而 2019 年的平均水平約為 8%。雖然是暫時(shí)的，但這些數(shù)字令人印象深刻。太陽(yáng)能現(xiàn)在已準(zhǔn)備好迎接新的挑戰(zhàn)。進(jìn)一步的研究和技術(shù)將確保世界由更清潔的電力供電。

審核編輯 黃昊宇