得益于斯坦福大学研究人员最近开发的新型耐热热辐射器，太阳能电池的效率有可能在不久的将来得到显着提高。
创建新的耐热热辐射器，是将较高能量的光转换为较低能量的波，然后这些能量波可以被太阳能电池吸收并转化为电能，以及大多数太阳能电池转换的较低能量的方法。诸如此类的技术（更广泛地称为热光伏技术）已经存在了相当长的时间，但是直到现在，它仍具有许多新设备似乎需要克服的重要限制。
其中最主要的是与工作温度范围有关的限制-早期的设计在2200华氏度左右的温度下都无法使用，而新的设计“在2500 F以下的温度下仍保持稳定”。
实验中使用的钨热发射器的横截面显微照片。上图显示了未经保护的钨在加热到1200摄氏度后如何降解。下图显示了在1400°C的温度下加热一个小时后，陶瓷涂层钨如何保持结构完整性。凯文·阿平
斯坦福大学电气工程学教授范善辉表示：“这在热稳定性方面是创纪录的表现，是热光电领域的一项重大进步。”新的发现是范与伊利诺伊州-厄巴纳-香槟分校和北卡罗来纳州立大学的同事合作的产物。
当然，新设备的意义在于，现在可以通过单个太阳能电池收集到更大范围的太阳光谱。
研究合著者，伊利诺伊州材料科学教授Paul Braun表示：“理论上，传统的单结太阳能电池只能达到约34％的效率水平，但实际上却无法达到这一水平。”“那是因为它们会浪费掉大部分的太阳能。”
斯坦福大学解释：
典型的太阳能电池具有硅半导体，该硅半导体直接吸收阳光并将其转换为电能。但是硅半导体只能对红外光做出反应。高能量的光波（包括大部分可见光谱）被浪费为热量，而低能量的光波只是通过太阳能电池板。
设计热光电设备来克服该限制。光电光伏系统不是将阳光直接发送到太阳能电池，而是具有一个由两部分组成的中间组件：一个吸收器，当暴露在阳光下时会加热，而一个将热量转换为红外光的发射器，然后将其发射到太阳能电池上。细胞。
“从本质上讲，我们将光调整为适合驱动太阳能电池的较短波长，”范继续说道。“这将电池的理论效率提高到80％，这非常了不起。”
不过，到目前为止，达到80％的理论极限还有很长的路要走-到目前为止达到的峰值是8％左右的效率水平。研究人员认为，差异的原因主要是由于中间成分的问题，该中间成分通常由钨制成。为了解决这个问题，研究人员将钨发射器涂覆在称为二氧化layer的陶瓷材料的纳米层中，大大提高了其耐热性。
“结果是惊人的。当经受1800 F（1000 C）的温度时，陶瓷涂层的发射器保持其结构完整性超过12小时。当加热到2500 F（1400 C）时，样品保持热稳定至少一个小时。”
第一作者凯文·阿平（Kevin Arpin）说：“这些结果是前所未有的。”“我们首次证明陶瓷可以帮助推动热光伏技术以及其他研究领域的发展，包括从废热中收集能量，高温催化和电化学储能。”
“我们已经证明了在高温下调整光学性能是可能的，” Braun补充说。H和钨是丰富，低成本的材料，用于制造这些耐热发射器的工艺是公认的。希望这些结果将激发热电光伏界重新审视尚未考虑的陶瓷和其他类别的材料。
这项新研究刚刚发表在10月16日的《自然通讯》杂志上。
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