據(jù)美國麻省理工學(xué)院官網(wǎng)消息，該?？茖W(xué)家首次證明，使用太陽熱光伏設(shè)備（STPVs），太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率有望突破理論限制。
最新研究的基本原理很簡單：不讓太陽能電池內(nèi)無法使用的能量以熱的形式散失，所有能量和熱首先被一個(gè)中間元件吸收，讓元件達(dá)到能釋放熱輻射的溫度。通過調(diào)諧添加層的材料和構(gòu)造，輻射能以合適波長的光釋放出來，而這一波長的光剛好能被太陽能電池捕獲，從而提高系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)化效率并降低太陽能電池的熱生成。
研究的關(guān)鍵在于使用了加熱時(shí)能釋放出精確波長光的納米光子晶體。在測試中，納米光子晶體被整合進(jìn)一套擁有垂直對齊的碳納米管系統(tǒng)中，當(dāng)該裝置加熱到1000攝氏度時(shí)，光子晶體會持續(xù)釋放出波長與近鄰光伏電池能捕獲的波段精確匹配的光，光伏電池捕獲此光后，會將其轉(zhuǎn)化為電流。研究人員使用一種擁有STPVs組件的光伏電池進(jìn)行了測試，結(jié)果與理論預(yù)測匹配。
1961年起人們就知道，傳統(tǒng)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率存在肖克利·奎伊瑟效率極限。對目前太陽能電池板廣泛使用的單層硅基太陽能電池來說，轉(zhuǎn)化極限為32%。但有方法能提升太陽能電池板的總效率，例如使用多層電池，或者在其中使用STPVs設(shè)備，在生成電能之前將太陽光先轉(zhuǎn)化為熱。發(fā)表在新一期《自然·能量》雜志上的最新研究使用的正是后一種方法。
研究作者戴維·比爾曼稱，理論預(yù)測指出，讓傳統(tǒng)太陽能電池與其他高科技材料層攜手，能讓轉(zhuǎn)化效率達(dá)到理論限制的兩倍多。與傳統(tǒng)光伏設(shè)備相比，這套新系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。首先，光子設(shè)備基于熱而非光產(chǎn)生輻射，這意味著它將不受環(huán)境中細(xì)微變化的影響；其次，它耦合了一個(gè)熱存儲系統(tǒng)，能持續(xù)不斷利用太陽能。“研究表明，我們實(shí)際上能突破肖克利·奎伊瑟效率極限”。接下來，他們打算制造更大版本的這種太陽能電池，并找到降低制造成本的方法。