更有效的水下太阳能电池与最佳的材料

时间:2020-03-27 17:49 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

更有效的水下太阳能电池与最佳的材料

纽约大学的研究人员称,可能有许多被忽视的有机和无机材料可以用来利用水下的阳光,并有效地为自动潜水器提供动力。他们的研究发表在今天(2020年3月18日)的《焦耳》杂志上,提出了在一定水深范围内最佳带隙值的指导方针,证明各种各样的宽带隙半导体比传统硅太阳能电池中使用的窄带半导体更适合在水下使用。

到目前为止,普遍的趋势是使用传统的硅电池,我们发现,当你深入到一定深度时,这种电池远非理想,因为硅会吸收大量的红光和红外光,而这些红光和红外光也会被水吸收。尤其是在很深的地方;安德森教授的博士后研究助理、人力资源专家杰森·a·鲁姆(Jason a . Röhr)说。纽约大学坦顿工程学院D.泰勒材料与设备改造实验室,本研究作者之一。根据我们的指导方针,可以开发出更优的材料。

更有效的水下太阳能电池与最佳的材料

目前,用于探测深海的潜水器受到陆地电力或船上电池效率低下的限制,无法进行长距离和长时间的航行。但是,虽然太阳能电池技术已经在陆地和外层空间得到发展,可以让这些潜水器有更多的自由遨游,但水世界也面临着独特的挑战。在硅基太阳能电池有机会捕获它们之前,水会散射和吸收大部分可见光谱,吸收太阳的红色波长,即使是在很浅的深度。

以前开发水下太阳能电池的大多数尝试都是用硅或非晶硅制成的,每一种硅都有窄带隙,最适合在陆地上吸收光线。然而,蓝色和黄色的光能够穿透水柱深处,即使其他波长的光减弱了,这表明传统太阳能电池中没有的更宽的带隙半导体可能更适合在水下提供能量。

为了更好地了解水下太阳能电池的潜力,Röhr和同事们评估了从大西洋和太平洋最清澈的区域到芬兰浑浊的湖泊的水体,使用一个详细的平衡模型来测量每个位置的太阳能电池的效率极限。在地球最清澈的水体中,太阳能电池从太阳向下50米收集能量,而冰冷的海水进一步促进了细胞的生长。效率。

researchers’计算表明,太阳能电池吸收器在2米深度时的最佳带隙约为1.8电子伏特,在50米深度时的最佳带隙约为2.4电子伏特。这些数值在所有被研究的水源中保持一致,这表明太阳能电池可以根据特定的工作深度而不是水的位置进行定制。

Röhr指出,由有机材料制成的廉价太阳能电池在低光照条件下表现良好,以及由元素周期表上的第三和第五组元素制成的合金在深水中可能是理想的。虽然半导体的物质与陆地上使用的太阳能电池不同,但总体设计将保持相对相似。

虽然收集太阳能的材料必须改变,但总体设计不一定要改变那么多。说Rö人力资源。传统的硅太阳能板,就像你可以在你的屋顶上看到的那些,被封装起来以防止来自环境的破坏。研究表明,这些电池板可以在水中浸泡和操作数月,而不会对电池板造成严重损害。类似的封装方法也可用于由最佳材料制成的新型太阳能电池板。既然他们已经发现了有效的水下太阳能电池的工作原理,研究人员计划开始开发最理想的材料。

这就是乐趣开始的地方!说Rö人力资源。我们已经研究了在水中高度稳定的未封装的有机太阳能电池,但是我们仍然需要证明这些电池比传统电池效率更高。考虑到我们在世界各地的同事的能力,我们相信在不久的将来,我们会在市场上看到这些令人兴奋的新型太阳能电池。

参考文献:水下太阳能电池的效率极限;作者:Röhr等,2020年3月18日,焦耳。

DOI: 10.1016 / j.joule.2020.02.005

这项工作得到了纽约大学的支持。

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