美研制新式太阳能热光伏发电系统

据物理学家组织网1月20日(北京时间)报道，美国麻省理工学院(MIT)的科学家最新研制出一套太阳能热光伏发电(STPV)系统，系统内的一个高温材料发出的热会被光伏电池收集起来，因此新系统不仅能利用更多太阳光，也有望使存储太阳能变得更容易。研究发表在本周出版的《自然·纳米技术》杂志上。

该研究的领导者之一、机械工程学副教授伊夫林·王解释说，传统的硅基太阳能电池“无法利用所有光子”，因为要想将一个光子的能量变成电能，要求光子的能级与光伏材料带隙的能级相匹配，尽管硅的带隙与很多波长的光匹配，但也有很多不匹配。

为解决这一问题，他们在太阳光和光伏电池之间，插入了一个两层的吸收—释放设备。该设备由碳纳米管和光子晶体等组成。该设备的外层直面太阳光，是一排多壁的碳纳米管，其能有效吸收太阳光并将其转化为热，当这种热将其紧紧依附的光子晶体加热时，光子晶体会“发出”光，这种光的最高密度几乎与光伏电池的带隙相吻合，这就确保被吸收器收集的大部分能量能转化为电。

传统硅基光伏电池存在能源转化效率方面的理论限制(肖克利—奎伊瑟极限)，其光电转化效率最高为33.7%。而几年前兴起的这种太阳能热光伏发电系统“可以显著提高效率，最理想的情况可能超过80%”。

但这一理念在实验过程中遇到了很多障碍，此前的STPV设备的转化效率还不足1%，最新STPV设备的转化效率为3.2%。研究人员表示，随着研究的进一步进行，有可能达到20%，届时就能进行商业化生产了。

由于这套系统的吸收—释放设备依靠高温来运行，其尺寸非常关键：物体越大，表面积与体积的比值越小，因此，尺寸越大，其热损失下降越快。这次测试在一块1厘米的芯片上进行，以后将在10厘米的芯片上进行。

总编辑圈点

作为一类较为新兴的太阳能技术，热光伏系统由于集光伏和光热技术所长于一身，近年来颇受各国科学家关注——它可以吸收大部分太阳光，显著提升光电转化效率；它主要依靠热来工作，能让能源存储变得更简单快捷。然而，一项在理论上可行的新技术，真正要走向市场，甚至哪怕仅仅是在实验室从图纸变成样机，都需要大量时间的耗磨和新材料等周边技术的支持。热光伏也是如此。本文的研究距离终点其实还相差很远，但这2.2%的进步，绝对是成功路上坚实的堡垒。