太陽能充電一定要熱光源嗎?

時間 2021-06-01 15:14:22

1樓:

太陽能電池充電是靠波長和輻射強度決定的,和冷光、熱光沒有關係。

光本質上都是一種電磁輻射,是帶能量的,按理說都可以激發光電反應(你說的光生伏電效應)。

來,我們先說一下高貴的太陽能電池光電反應是怎麼回事,其實很簡單咧。

這個看似嚇人的圖是太陽電池的原理圖,具體來說是染料敏化二氧化鈦電池,區別在光陽極上,普通的矽基電池沒有染料的部分。其原理是類似的。

首先,光照到光陽極上,引發電子躍遷,光陽極半導體材料院子的外層電子獲得能量,躍遷到導帶上,產生電子-空穴對。(在敏化太陽能電池中,TiO2的禁帶寬度太大,電子得到的能量不足,不能越過禁帶。所以,有一層敏化劑如染料、量子點等,光致電子躍遷在這裡發生,也在這裡產生電子-空穴對,然後電子-空穴對向TiO2層流動。

為什麼不直接用敏化劑做成光陽極?像我思維這麼跳脫的少年已經替你們想到這些問題了……因為導電性好電子空穴會發生反應,瞬間又復合了,激發後絕大多數原位復合,少數挪動了一下也復合了,那還玩兒個球啊……)

接下來,半導體材料的優勢是它是半導體,電子流動性差,不容易找到合適的空穴復合。但是連線半導體的部分是導電性極好的導電玻璃、金屬等,對電子有天生的、致命的吸引力,電子刺溜就從陽極流到了外電路,如上圖,經過了下方的電阻(正常使用條件下就是電器),到達了陰極。

隨後,在陰極的電子和溶液裡的陽離子反應,它得電子。在陽極的空穴從陰離子那裡得電子被填滿,在溶液中陰、陽離子來來回回的移動,搬運電子。

所有這些反應是乙個大迴圈,統稱光電反應,它有乙個光電轉化效率(電池的最大輸出功率(Ip×Vp)max與輸入光功率Pin的比值)。光電轉化效率達到7%,是規模化生產的閾值,太低了是沒有產品價值的,只有科研價值,科研價值就是讓效率提到7%或者證明永遠提不到7%但是誰又會願意相信呢所以就是努力提到7%,使勁提高轉化率。

所以,能發生反應、光電轉化效率高,則,它是乙個正經的太陽能電池。

普通的太陽能電池,是按照自然光的波長範圍、輻射強度設計的,能達到比較好的使用效果。波長太長,則電子躍遷躍不動,過不了禁帶;輻射太低,則電子空穴對非常少,定向移動過程中有電子-空穴對復合反應,是個光電反應最大的副反應,電子空穴對少了,在兩個電極間的電荷積累少,是不能產生光致電壓的,太陽能電池就停止工作了。

冷光通常是指螢光和磷光。

螢光是一種光致冷發光現象。當某種常溫物質經某種波長的入射光(通常是紫外線或X射線)照射,吸收光能後進入激發態,並且立即退激發並發出出射光(通常波長比入射光的的波長長,在可見光波段);而且一旦停止入射光,發光現象也隨之立即消失。具有這種性質的出射光就被稱之為螢光。

一般以持續發光時間來分辨螢光或磷光,持續發光時間短於10-8秒的稱為螢光,持續發光時間長於10-8秒的稱為磷光。(維基百科:螢光)【說到冷光,我想到乙個笑話,好想講一下。

中國產凌凌漆裡面有個好段子,每次想都要笑死。

007:文西,最近進行的怎麼樣,文西?

文西:我最近發明一種東西,相信可以幫你。(文西從背後掏出一東西)

007:手電筒。

文西:錯,這只不是普通的手電筒,這是不需要電池的太陽能手電筒,在有光的時侯它就會亮——

司令:如果沒有光的時候呢?

文西:絕——對——不——亮——

007:有沒有可能沒光的時侯它也會亮?

文西:問得好,關燈。

工作員:是

文西:呶,你拿另外一支手電筒來照它呢,它就會亮。哎,怎麼樣啊。

司令:開燈

007:這個發明還真有創意。

司令:嗯。冷光……

哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈,其實冷光是受激發來的,看到這個問題我首先想到的就是何了個必啊……

就用自然光就好了,多進行一次能量轉換和傳遞就多損失能量啊……這個宇宙的熵。】

所以,冷光就是一種激發光,它的波長只要合適,都是可以對太陽能電池進行充電的。

但是普通太陽能電池是針對自然光設計的,它在600nm的綠光附近工作效率最高,偏離了這個長度的波長,參與反應也可,但是電子躍遷率受到嚴重影響。波長變了一切都變了,參考電子價層結構等內容,就不展開了,總之因為能級是量子化的,是比較死心眼兒的一種東西,它有非常強的選擇性。

如果想要用冷光怎麼辦呢?我們有神器,敏化太陽能電池,使用不同敏化劑,可以全波段覆蓋,進行光電轉化。請參考近紅外量子點螢光集光太陽能光伏器件的製作和效能,螢光染料太陽能聚集器的研究等等工作,相關研究還是很多。

最後,現在在用的商用太陽能電池,用冷光充電,也得看哪種冷光。普通日光燈波長峰值在500nm左右,可以給太陽能電池充電。但是螢火蟲,等等,它們的冷光,波長範圍我就不確定了。

此外,輻射強度非常重要。如果表現出來的是充不上電,大抵是因為輻射強度真的太低了。

強光猛照,充電更快!

2023年1月12日11:59:32

(真的有錯誤,我已經改正了,差不多改正了我的全部看法,真是對不起大家。

2023年1月12日17:45:09)

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