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全天候工作的新型太阳能电池

作者:高压电源网 日期:2016-05-18 11:19 出处:跌迁高压电源网 人气: 

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    每个电池上都包含了数万个碳纳米管塔,太阳光照射在纳米塔上之后会在相邻的塔上多次反射,增长光线的接收率。图片来源:美国佐治亚技巧研究所网站
    科学时报2007年4月19日报道  太阳能电池平日在正午发电效力最高,因为此时太阳正处于最高点,可以90度的角度直射电池。然则,美国佐治亚技巧研究所的研究人员日前研制出的一种新型电池却恰好相反——电池在全天大年夜部分时刻都能以较高效力运行,而天天凌晨和下昼的工作效力最高。这种应用纳米技巧开辟出的电池,与以前的太阳能电池比拟,尺寸、重量、机械构造的复杂度都较小。
     据美国佐治亚技巧研究所网站4月11日报道,今朝这种电池的实验室原型只有2英寸大年夜小,但每平方厘米电池包含了4万个纳米管“塔”,每座塔高100微米,底座为边长40微米的┞俘方形,每座之间距离10微米。每座塔包含数百万个垂直分列的碳纳米管。 内容来自高压电源网
     然则,这个效力对于贸易化应用而言照样太低了。Ready表示,在将来两年中,他将进步模型的尺寸,进行一系列测试以包管电池可以在火箭发射和太空的恶劣情况中工作。Ready还想研究出最幻想的塔高和塔距,以及它们之间的地位和光线照射的角度。他也将测验测验用其他半导体材料代替碲化镉,因为后者被认为具有毒性,不合适广泛的贸易应用。选择针对不合应用的最佳光电材料也是研究目标之一。如不雅一切顺利,Ready估计,5到10年之内,这项技巧的某些版本就有可能实现贸易应用了。
     这种微型纳米管塔类似城市街道网格中的高层建筑,其独特的三维构造使它可以捕获各个角度的光线,进步发电效力。传统的平板太阳能电池只能反射部分光线,接收能量较少。而在网站的动画显示中可以看出,光线照射在纳米塔上之后会在相邻的塔上作多次反射,增长光线的接收率。即使在太阳光没有90度照射时,它也可以保持高效力。美国佐治亚技巧研究所光电体系实验室高等工程师Jud Ready说:“当太阳直射时,交互的区域只限于塔顶和下面的‘街道’。然则有角度时,光线有机会在塔的侧面反射。” copyright hvpsc.com
     同时,这种三维电水池高了“量子效力”——电池把接收的光子转化为电子的效力。在传统平板太阳能电池中,光电涂层必须足够厚才能捕获到光子,随后电子大年夜涂层资估中释放产生电流。然而,电子移动后会在逝世后的原子矩阵中留下一“空洞”。电子大年夜资估中出来的时光越长,越有可能和空洞重组,削减电流。而因为三维电池比传统电池接收了更多光子,其涂层响应较薄,电子可以更快出去,削减了重组几率。
     据介绍,纳米塔最底层是硅晶片,在其之上研究人员用拍照平版技巧涂抹了一层薄薄的铁,放入熔炉加热至780摄氏度。碳氢化合物气体通入熔炉后会分别成碳和氢。经由化学蒸气沉积过程,碳元素在晶片铁涂层上沉积,发展成独裁的碳纳米管塔。之后,研究人员再在碳纳米管塔上覆盖一层碲化镉和硫化镉——它们负责发电。最终,再涂抹氧化铟锡——一种导电材料——作为电极。是以,纳米管在电池中既作为三维构造的支撑架,又作为连接光电材料和硅晶片的导体,负责把电子传导至电极。 hvpsc.com
     在应用方面,Ready起首把眼光放在了航天飞机和卫星的电能供给上,因为这种电池不须要应用专门机械对象移动方位,史段п出面对太阳,削减了重量和复杂性。“机械对象轻易破坏,在太空中,是极其难以补缀的。”Ready说。
     据美国麻省理工学院《技巧评论》(Technology Review)杂志4月17日在线报道,当太阳90度角照射时,这种三维电池模型只有3.5%的发电率。然则,当光线大年夜其他角度照射时,发电率都更高,特别是45度时,发电率最高,达到7%。也就是说,电池在全天大年夜部分时刻都能以较高效力运行,天天有两次机会达到极值——早一次,晚一次。
    “我们的目标是要获得每粒电池可用的光子。”Ready表示,因为可以捕获更多光线,电池尺寸可以减小,在卫星或者航天飞机上,这种新型电池将减轻重量、占用更少空间。增长了发电效力之后,可以改变现有太阳能电池的应用方法,用于更广泛的范畴。

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