美研制新式太陽(yáng)能熱光伏發(fā)電系統(tǒng)

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月20日（北京時(shí)間）報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家最新研制出一套太陽(yáng)能熱光伏發(fā)電（STPV）系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)高溫材料發(fā)出的熱會(huì)被光伏電池收集起來(lái)，因此新系統(tǒng)不僅能利用更多太陽(yáng)光，也有望使存儲(chǔ)太陽(yáng)能變得更容易。研究發(fā)表在本周出版的《自然•納米技術(shù)》雜志上。

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一、機(jī)械工程學(xué)副教授伊夫林•王解釋說(shuō)，傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池“無(wú)法利用所有光子”，因?yàn)橐雽⒁粋€(gè)光子的能量變成電能，要求光子的能級(jí)與光伏材料帶隙的能級(jí)相匹配，盡管硅的帶隙與很多波長(zhǎng)的光匹配，但也有很多不匹配。

為解決這一問(wèn)題，他們?cè)谔?yáng)光和光伏電池之間，插入了一個(gè)兩層的吸收—釋放設(shè)備。該設(shè)備由碳納米管和光子晶體等組成。該設(shè)備的外層直面太陽(yáng)光，是一排多壁的碳納米管，其能有效吸收太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為熱，當(dāng)這種熱將其緊緊依附的光子晶體加熱時(shí)，光子晶體會(huì)“發(fā)出”光，這種光的最高密度幾乎與光伏電池的帶隙相吻合，這就確保被吸收器收集的大部分能量能轉(zhuǎn)化為電。

傳統(tǒng)硅基光伏電池存在能源轉(zhuǎn)化效率方面的理論限制（肖克利—奎伊瑟極限），其光電轉(zhuǎn)化效率最高為33.7%。而幾年前興起的這種太陽(yáng)能熱光伏發(fā)電系統(tǒng)“可以顯著提高效率，最理想的情況可能超過(guò)80%”。

但這一理念在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了很多障礙，此前的STPV設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率還不足1%，最新STPV設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率為3.2%。研究人員表示，隨著研究的進(jìn)一步進(jìn)行，有可能達(dá)到20%，屆時(shí)就能進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)了。

由于這套系統(tǒng)的吸收—釋放設(shè)備依靠高溫來(lái)運(yùn)行，其尺寸非常關(guān)鍵：物體越大，表面積與體積的比值越小，因此，尺寸越大，其熱損失下降越快。這次測(cè)試在一塊1厘米的芯片上進(jìn)行，以后將在10厘米的芯片上進(jìn)行。

總編輯圈點(diǎn)

作為一類較為新興的太陽(yáng)能技術(shù)，熱光伏系統(tǒng)由于集光伏和光熱技術(shù)所長(zhǎng)于一身，近年來(lái)頗受各國(guó)科學(xué)家關(guān)注——它可以吸收大部分太陽(yáng)光，顯著提升光電轉(zhuǎn)化效率﹔它主要依靠熱來(lái)工作，能讓能源存儲(chǔ)變得更簡(jiǎn)單快捷。然而，一項(xiàng)在理論上可行的新技術(shù)，真正要走向市場(chǎng)，甚至哪怕僅僅是在實(shí)驗(yàn)室從圖紙變成樣機(jī)，都需要大量時(shí)間的耗磨和新材料等周邊技術(shù)的支持。熱光伏也是如此。本文的研究距離終點(diǎn)其實(shí)還相差很遠(yuǎn)，但這2.2%的進(jìn)步，絕對(duì)是成功路上堅(jiān)實(shí)的堡壘。