新材料 让太阳能电池效率更高、寿命更长、成本更低

材料牛注：来自美国加州斯坦福大学的研究者们，研发和测试了一种可以冷却太阳能电池的新材料，可使太阳能电池效率提高，寿命延长，成本降低。

太阳能电池将太阳光转化为电能，但是其效率仅有20%。剩余的能量，大部分都转化为热能，实际上损害了太阳能电池。

目前，来自美国加州斯坦福大学的研究者们，研发和测试了一种可以冷却太阳能电池的新材料，在加利福尼亚冬日里可降低13摄氏度。由于热量使得太阳能电池效率变低，研究者们预测他们的冷却层有助于太阳能电池将大约额外1%的太阳光转化为电能，这是一个很大的提高。由于高效降解速率的巨大降低，冷却温度也意味着太阳能电池将更持久。

研究者们将他们的成果展现在the Conference on Lasers and Electro-Optics 上，这次会议于六月五号至十号在加州圣荷西举行。

使阳光下的物体冷却的一种方法是将光发射到大气层中。这种方法同样适用于白色汽车和镜像屋顶，但是不适用于太阳能电池，它需要吸收尽可能多的光来产生电能。另一种方法是使热能容易散失，这种方法称为辐射冷却。

Linxiao Zhu，电气工程教授Shanhui Fan研究团队中的一名研究生，说道，“我们工作的独特之处在于我们在保持太阳光吸收量的情况下证明了辐射冷却。”换言之，即使是在太阳能电池吸收等量太阳光的条件下，这种新材料也使得太阳能电池冷却。

研究者们将在维持太阳光吸收的条件下的冷却与由二氧化硅制得的薄片（一种天然无色矿物石英）结合起来。研究者们在薄片上蚀刻锥形的洞，大约宽六微米，深十微米。这些洞被设计的很平整，使得辐射散热易于进行。

该团队通过将二氧化硅置于太阳能电池的表面，测试了二氧化硅层，即一个具有抗反射表面且与标准太阳能电池有相似吸收特点的抛光了的二氧化硅薄片，但是实际并未产生电能。

该测试核实了由于二氧化硅层是透明的，大约等量的太阳光依旧能照到太阳能电池上。事实上，由于蚀刻二氧化硅的抗反射和光捕捉效应，光吸收有少量增长。

研究者们还发现与空白太阳能电池相比，含蚀刻二氧化硅层的太阳能电池可将温度降低13摄氏度。

Zhu认为，冷的太阳能电池性能优于温度高的，所以温度越低越好。研究者们估计冷却下来的13摄氏度将会使太阳能电池的效率提高高于1%。Aaswath Raman，一位这项研究的合作者，也表明温度可以加速太阳能电池部件的性能下降，所以冷却可以使其寿命延长，成本降低。

最后Zhu谈到，辐射冷却依靠宇宙的寒冷，这是一种尚未开发的热力资源。太阳能电池并不是得益于这种冷却方法的唯一应用，尤其是这种新的研究表明该方法不会明显改变太阳光的吸收。冷却汽车、衣服和户外设备都可能应用到这种方法。

Zhu和他的同事的下一步是测试蚀刻二氧化硅层的实际太阳能电池来证明预测的效率改善。该团队也同感兴趣的企业伙伴讨论将这种方法商业化。

本文参考地址：Photonic crystals keep solar cells cool while still catching light

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