能源效率提升 15 %!能捕捉近「全波長」太陽光的電池誕生

一般太陽能板只能吸收特定波長範圍的太陽光,這也是太陽能效率只有 20-30 的主要原因之一,然而美國喬治華盛頓大學研究員創造了一種新的太陽能板,能夠吸收非常廣的太陽光波,讓能源效率大幅躍升至 44.5%,若能如預期發展的話,理論上會是全世界最有效率的太陽能板。
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Photo credit: George Washington University
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一般太陽能板只能吸收特定波長範圍的太陽光,這也是太陽能效率只有 20-30 的主要原因之一,然而美國喬治華盛頓大學研究員創造了一種新的太陽能板,能夠吸收非常廣的太陽光波,讓能源效率大幅躍升至 44.5%,若能如預期發展的話,理論上會是全世界最有效率的太陽能板。

這種太陽能板長得和現在常見的太陽能板不同,採用 CPV(concentrator photovoltaic)面板,將陽光聚焦到比 1 平方毫米還小的電池上,並且將多層吸收不同波長的電池堆疊在一起。雖然素材比較複雜,但由於體積小用料少野壓低了成本,實驗中能源轉換效率達成的最高紀錄是 46%。

這種太陽能板技術上的創舉,就是把各種電池疊在一起,每一層都有其負責吸收的陽光波長,沒吸收的就會穿透後繼續往下,由其他層電池吸收。落到地表的太陽光波長約落在 250nm -- 2500nm 之間,而這種新的多層次太陽能板特別擅長接收長波長、能量低但量最大的紅外線能量。目前實驗最佳紀錄可以接收到 1750nm 的光波,距離最大 2500nm 研究團隊還有一段路要努力。

這電池最上方是由現有能吸收短波長的光伏基底材質,下層則使用常用於紅外線與光感測的銻化鎵基質,堆疊方式則是用精準定位的轉印技術來將這些微小電池層組合在一起。

然而目前製造這種複雜電池及材料的成本都非常昂貴,不過製作的技術看起來相當穩定,若為了 44.5% 的太陽能轉換效率,未來要投入大量生產壓低成本也是可以期待的。

本研究成果已於本週一發表於《Advanced Energy Materials》期刊。


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