虽然太阳为我们提供了两种利用其能量的选项——光和热——但我们一直只能一次使用一种,因为太阳能技术一直无法同时捕获这两种类型的辐射。然而,斯坦福大学的研究人员表示,这种情况即将改变。他们的最新突破可能会使太阳能的价格与石油相当。
工程师们利用现有的材料,开发出了第一种能够结合光伏发电和热发电的太阳能技术。
该工艺被称为“光子增强热释电发射”(PETE),通过使用铯,其效率水平是现有系统的两倍多。PETE 设备可以轻松集成到现有的太阳能收集系统中,而且价格也很便宜。
光伏(PV)电池在温度升高时效率会降低,这是太阳能效率最大的问题之一。更糟糕的是,硅——用于大多数 PV 电池——只能吸收光谱中某些部分的光能。最终,超过一半的照射到每个电池的太阳能都被浪费了。
斯坦福大学的系统利用了多余的热量,将其转化为额外的电力。
由材料科学与工程副教授 Nick Melosh 领导的研究人员,用一层薄薄的铯涂覆了一块半导体材料。Melosh 说,这使得电池能够同时利用光和热来发电。
研究团队在测试中使用了氮化镓,因为它能承受高温,但未来的 PETE 系统很可能采用砷化镓,后者常用于家用电器。
Melosh 表示,该系统需要达到极高的温度才能工作——温度越高越好——因此新的 PETE 系统将比屋顶阵列更适合大型太阳能农场。它们将需要包括太阳能聚光器,但这会带来另一层效率的提升,因为需要的半导体材料会更少。Melosh 说,每个设备将需要大约六英寸的半导体材料晶圆。
Melosh 说,当与热转换工艺结合使用时,PETE 设备的效率可以达到 60%。但正如斯坦福大学的新闻稿指出的那样,即使 30% 的效率也能使太阳能的价格与石油持平。
斯坦福大学的这段视频将进一步解释该过程。