半球形光伏電池大幅提高能效，有望為可再生能源技術開辟新應用領域
發表時間：2024-02-19
來源：科技日報
作者：張夢然
土耳其阿卜杜拉·居爾大學研究人員開創性地重新設計了有機光伏電池的結構，賦予其半球形的外殼，旨在最大限度地提高光吸收和角度覆蓋率。這種創新設計有望為可再生能源技術開辟新的前景，相關論文發表在最新一期《能源光子學報》上。
可用于光伏電池的半球形外殼有機活性層能大幅提高能源效率和角度覆蓋。
圖片來源：《能源光子學報》
在追求可持續能源解決方案的過程中，尋求更高效的太陽能電池至關重要。有機光伏電池因其靈活性和成本效益而成為傳統硅基電池的潛力替代品。然而，優化其性能仍然是一個重大挑戰。
在這項研究中，研究人員探測了電池半球形殼活性層內的吸收光譜，通過一種稱為三維有限元分析（FEA）的計算技術，詳細研究了光如何與電池的結構和材料相互作用。FEA可將結構劃分為更小、更易于管理的部分（稱為有限元），以此解決復雜的工程問題。它可模擬和分析整個結構在各種條件下的行為，例如不同的光波長和入射角。
此次研究的有限元分析結果非常出色。當受到橫向電（TE）偏振光的影響時，與扁平結構器件相比，半球形殼結構的光吸收顯著增加了66%。同樣，對于橫向磁（TM）偏振光，光吸收顯著增加了36%。
與先前報道的半圓柱殼設計相比，半球形殼結構也成為明顯的“領跑者”。它擁有TE偏振的光吸收顯著增加13%，TM偏振的光吸收顯著增加21%。
此外，半球形殼結構還具有更廣闊的角度覆蓋范圍，這對于可穿戴電子設備等需要靈活光捕獲的應用特別有利。
研究人員表示，隨著吸收和全向特性的改善，半球形殼活性層將助力有機太陽能電池的多種應用領域。這種新形狀標志著有機太陽能電池設計的重大飛躍，讓可再生能源的未來前景更光明。
總編輯圈點：
全球能源綠色低碳轉型的浪潮方興未艾，光伏技術在其中扮演著不可忽視的角色。如今，無論在城市還是農村，光伏電池都變得越來越常見，應用場景也不斷豐富。比如用于新能源汽車充電樁、城市路燈、家庭熱水器等等。國際可再生能源署報告顯示，過去10年間，全球光伏發電項目平均度電成本累計下降超過80%。在成本持續下降、應用日益廣泛的同時，光伏技術仍在不斷飛躍，以滿足新能源市場的新需求。