用神奇薄膜轉換紅外光,太陽能轉換效率提高 25%

發佈日期: 2019 年 11 月 07 日 9:19 | 作者: | 分類: 產業資訊

市面上的矽晶太陽能板無法轉換所有的光線,沒辦法吸收波長較長的紅外光,因此最高轉換效率止步 30% ,對此瑞典的皇家理工學院(KTH)帶來全新的電池設計,透過在太陽能電池上方裝設一層薄薄的神奇薄膜,轉換效率有望提高 25%。

陽光是由不同波長的光線構成,從波長較短的紫外線、可見光到波長較長的紅外線,波長越短則能量越大,波長越長則能量越小,但太陽能板無法吸收所有能量,當光能小於材料能隙時,就無法將電子推送到導帶,也不能產生電力。

目前太陽能板只能吸收近紅外光、可見光及紫外光,波長較長的紅外光則完全無法吸收,也就是說,無法善加利用近 44% 的光線,大於能隙的光線只會轉換成熱,不僅浪費又會影響轉換效率。

因此許多科學家都在尋求解決方案,而此次 KTH 科學家想要以最簡單的方法達成最大效益,他們用參雜鑭系元素等金屬離子的染料與微透鏡,製造出全新的奈米薄膜,可以將紅外光轉換成電力。

這種方法也被稱為上轉換奈米粒子(upconverting nanoparticles,UCNP),用金屬有機分子或是半導體奈米材料吸收較長波長的兩個或多個光子,再激發出較短波長的光,就好比將紅外光轉化為可見光。

先前美國勞倫斯柏克利國家實驗室也有推出類似的方法,利用有機染料塗層吸收紅外光,並透過材料重放射性能將光轉換成可見光,佛羅里達州立大學也有研究含鉛鹵素鈣鈦礦,並在鈣鈦礦中添加碳氫化合物紅螢烯(rubrene),最後成功轉換紅外光。

而 KTH 團隊則把研製出的神奇薄膜裝設在太陽能電池頂部,吸收紅外光並加以調整,最後得以提高轉換效率,KTH 理論化學教授 Hans Ågren 表示,微透鏡可以聚集較弱的紅外光,讓奈米粒子轉換成太陽能電池可用的可見光。

研究指出,團隊已經把轉換效率提高 10%,而這是在尚未進一步最佳化之前的數據,未來有機會提升 20% 到  25%。該技術進步空間也還很大,研究團隊發現,照理來說 UCNP 的潛力更高、可以發射出更多的紅外光,這代表目前還浪費許多能量,研究則已發表在《Nanoscale》。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:KTH

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