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美国普渡大学通过改变商用硅晶片结构开发出低成本太阳能吸收体,具有应用于未来电力设施的潜力

2017-04-07 131浏览 标签: 太阳能硅晶片

201745,美国普渡大学研究团队通过改变商用硅晶片的结构,制备出了低成本太阳能吸收体,能够承受聚光太阳能发电设施工作时高温。

此项研究推进了将太阳能光伏电池、热电装置和蒸汽涡轮机结合的混合式系统的设计。在这种混合系统中,太阳能光伏电池将可见光和紫外光转换为电能,热电装置将热能转换为电能,蒸汽涡轮机则负责发电。启动热电设备和蒸汽涡轮机使用的热能是靠使用镜子将太阳光聚焦到一个太阳能选择吸收和反射器而收集和存储的。为了可以有效的收集太阳的热能,我们需要基于低成本材料制成的经过特别设计的表面来选择性的只吸收光谱中某一特定范围的光子,同时反射其他光谱区域内的光。

    普渡大学电子与计算机工程学院助理教授Peter Bermel说:实现尽可能高效率的捕捉太阳光的关键是,你必须要实现两件互相竞争的事情。一个是尽可能多的吸收来自太阳的能量,但不使吸收的能量重新辐射掉。如果温度足够高,它会开始发红色光。”Peter Bermel教授带领的团队证明了如何改变硅晶片的结构以使其可以承受将近535摄氏度的温度,并且不影响其稳定性和性能。

    Peter解释说:在此项研究中,我们使用现成的硅晶片作为平台来设计、制造和测定一个可以吸收大量阳光,且不会重新辐射出大量热量的结构。我们在它的顶部和底部都增加了一层膜,以使其具有更强的太阳光吸收能力的同时反射更长波长的光。研究生Zhiguang Zhou说:此项工作表明高效太阳能热能转换可以通过非常简单的结构以及普通的材料来实现,这对迈向真实的应用来说是关键的一步。

该硅太阳能器件的上方有一层由氮化硅制成的抗反射涂层,背面有一层由银制成的反射涂层。研究生Hao Tian说:我们在实验证明了选择性太阳能吸收可以在高温下具有高性能,这种结构非常易于制造并且在聚光太阳能发电应用所需的高温下是稳定的。研究人员估计理想情况下,该混合系统可以在490摄氏度的高温下将51.5%的太阳光转化为热能,而当单独使用光伏电池时转化效率只有31%

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