1樓：宮非
2020-11-29
所謂「熱光伏技術，solar thermophotovoltaic technology」，看上去就是如圖2 左邊所示，這個技術需要有一層「多壁碳奈米管，multiwalled carbon nanotube」把所有的入射光都吸收了變成熱，然後通過若干層矽／氧化矽構成的「光子晶體，photonic crystal」把熱再變成光，再向下發射到太陽能電池上。另外，還得加上一層「等離子干涉梳狀濾光片，plasma-interference rugate filter」，把低能量的光再返回去重新來過。
Figure 1. Optical image of the solar thermophotovoltaic device constructed in this study to observe the spectral enhancement process.
之所以這樣光-熱-光-電搗騰一遍，當然是有原因的。對於傳統的太陽能電池， 太Sunny譜AM1.5D 中高能的光子，不管攜帶的能量再多，根據S-Q 極限，只能激發乙個電子空穴對，而這個電子空穴對僅能攜帶乙個能帶那麼多的能量，多的都變成熱散掉了，所以傳統電池的極限效率，對於矽來說，就40% 多一點。
而一旦有了這個「太陽能手電筒」的存在，情形就完全不一樣了。其中的訣竅在於，二次加工以後輻射出來的光是進過調製的，接近於「黑體輻射，black body radiation」，在某乙個恆定溫度下，頻譜相當窄（圖3），每乙份光子的能量不多不少，剛好比太陽能電池半導體材料的能帶多那麼一點點。加上濾光片的加持，幾乎把每乙份光子的所有能量，都用來實現電子空穴對的分離——電子和空穴一旦分離到導帶和價帶，他們也累了，跑不動了，沒有辦法折騰出額外的熱來浪費掉。
對於晶矽材料來說，這一下子把理論轉換效率極限提公升到了 60% 多。
Figure 2. Operating principle of STPVs and comparison with solar PVs.
不過，目前畢竟只有6.8% 的光電轉換效率，連主流晶矽電池的零頭都不到，還得實現精確的光譜調製才有機會超越！
Figure 3. Theoretical performance of a thermal spectral converter.
Ref.: Nature Energy, 2016, 1(6): 16068.
| DOI.: 10.1038/nenergy.
2016.68.分類：
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