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皱褶和扭曲可提高太阳能转换效率
中国城市低碳经济网   2012-05-10 作者:焦旭 来源:中国能源报 文字大小:[][][]

表面附着细微皱褶,并可以扭曲的太阳能电池板。

  由普林斯顿大学的科学家领导的研究团队发现,精细校准过的皱褶附着在太阳能电池板表面可以疏导光波,并提高光伏材料的曝光量,使太阳能电池板的发电量增加47%。日前,他们在《自然光子学》杂志上发表了题为《细纹和深皱褶用作光伏材料光子结构》的论文。

  普林斯顿大学化学和生物工程教授,同时也是该项目的首席研究员林恩表示,该研究团队在实验中使用的是比较便宜的、以塑料为材质的光伏发电系统。目前,太阳能电池板通常是采用硅为原料,一方面这种材料易碎较脆,另一方面这种材料较为昂贵。迄今为止,塑料材质的太阳能电池板还没有广泛应用,主要是由于其发电效率较低。但是,研究人员一直在寻找可以提高塑料太阳能电池板效率的方法,旨在创造出低廉、坚固并不失柔韧的太阳能发电材料。如果研究人员可以提高塑料太阳能电池板的效率,那么这种材料就可以直接排列在物体表面,可以插入窗口、覆盖在外墙上或使用到背包上。

  林恩表示:“希望可以找到可塑性强、可弯曲、质量轻并且成本低廉的材料。”

  大多数情况下,研究人员会考虑如何提高塑料光伏材料本身的使用效率。林恩认为,利用这种皱褶的方法很有可能将塑料光伏材料的能效提高到商业水平。因为,这种技术对大部分类型的塑料光伏材料来说,都会有一个全面的能效提升。“这是一种非常简单的工艺技术,并不限制使用何种材料。通过对其他的聚合物测试,该技术的能效转换效果非常好。”

  论文同时阐述了,电池板表面的细小皱褶会引导光波,穿过光伏材料表面,其原理就像运河疏导水流穿过农田。研究人员借助皱褶使光线弯曲,并穿过光伏材料表面,可以使捕捉到的光线进入到光伏材料内部,并且停留较长一段时间,从而更多地吸收光能,然后发电。

  林恩说:“光线达到平面时,要么被吸收,要么被反射。现在,加入这些曲线后,我们创造了一种波导器。这增大了吸收光线的机会。”研究人员通过模仿树叶,在光伏材料的表面制作微小的皱褶,从而提高了太阳能电池的输出功率。

  据了解,因为带有皱褶的表面类似于树叶的形态,而树叶这种自然系统具有很高的捕光效率,所以必然会增加光电流。虽然,该技术让塑料光伏材料整体的效率提升,但最显著的效果体现在红光光谱部分,这是最长的可见光波长。影响传统太阳能电池板效率的原因,从根本上看就是因为光线的波长增加,光谱接近红光时,几乎没有光线可被吸收。皱褶技术恰恰可以增加这段光谱的吸收能力,数据表明提高的幅度达600%。

  此外,该技术可以增加太阳能电池板的耐用性,减轻弯曲的机械应力。研究人员发现,电池板采用褶皱表面后,弯曲仍然可以保持有效发电,而标准的塑料电池板的发电量,在弯曲后会减少70%。

  林恩说:“研究人员是从叶片中获得的灵感,看似简单的树叶,实则是大自然一项神奇的工程。其绿色表面完美地构造出对弯曲的控制,确保太阳光被树最大化地吸收,从而产生足够的能量和营养。”

[中国城市低碳经济网编辑:陈关升]

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