如何制造更持久、更高效的自冷式太陽(yáng)能電池？答案是添加一層薄薄的玻璃表層。太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換為電能，而這一過(guò)程中會(huì)有大量的能量損失。其中，太陽(yáng)能電池過(guò)熱會(huì)造成驚人的能量消耗。在限制電池光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，過(guò)熱還會(huì)降低電池的壽命。
斯坦福大學(xué)的研究人員將嵌有微小圓錐狀和金字塔狀結(jié)構(gòu)的一層薄薄的石英玻璃覆蓋在硅質(zhì)太陽(yáng)能電池的表面。他們發(fā)現(xiàn)這能夠大幅降低電池的工作溫度，從而減弱“過(guò)熱”效應(yīng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，這層崎嶇不平的石英玻璃可以反射多余的熱輻射。通過(guò)消除過(guò)量紅外輻射，太陽(yáng)能電池能夠維持在一個(gè)合適的溫度，提高光電轉(zhuǎn)換效率。如果溫度升高，開(kāi)路電壓將急劇下降，這會(huì)降低光伏性能。雖然此時(shí)電流會(huì)略微上升，但和降低的效率相比仍然不足為道。
研究表明，單一硅太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率的上限為33.7%。攝氏溫度每上升一度，太陽(yáng)能電池的效率會(huì)下降0.5%。電池的能量效率隨著溫度的升高而降低，這在不同類(lèi)型的太陽(yáng)能電池中是相似的。目前，一些冷卻電池的主動(dòng)方法，比如通風(fēng)裝置或者使用液體冷卻劑，存在成本大于收益的問(wèn)題，仍然無(wú)法解決過(guò)熱的能量損失問(wèn)題。該項(xiàng)研究結(jié)果可能有助于開(kāi)發(fā)出效益更高的太陽(yáng)能電池。
更高效的太陽(yáng)能電池可能是未來(lái)代替化石燃料的有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。這種崎嶇玻璃表層的工作原理利用了太陽(yáng)輻射里不同波長(zhǎng)的光。在光譜內(nèi)，可見(jiàn)光攜帶更多能量，而紅外光則攜帶更多熱量。研究人員經(jīng)過(guò)計(jì)算表明，石英玻璃表層在反射紅外光的同時(shí)，不會(huì)影響電池對(duì)可見(jiàn)光的吸收。他們將含有微型硅金字塔的玻璃表層與太陽(yáng)能電池組合起來(lái)，或者將兩者直接集成，從而冷卻太陽(yáng)能電池。適宜的工作溫度可以顯著增加電池的壽命，這也從另一個(gè)方面降低了成本。
但科學(xué)界對(duì)此有不同的聲音，認(rèn)為這項(xiàng)研究雖然有著扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，但實(shí)踐起來(lái)或許沒(méi)那么容易。不過(guò)，研究人員已經(jīng)開(kāi)始研究該成果的實(shí)際應(yīng)用。他們“通過(guò)精確的數(shù)值方法驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)，并且正在努力通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明他們的原型的可行性。
