新设备可将太阳能电池效率提升至80％

太阳能电池可将将太阳光转化为电能，是现代技术的一个重要发明，但它存在一个巨大的问题，其效率不是非常高，太阳能电池吸收的大部分阳光都以热量的形式流失了。

结果造成商用太阳能电池板的平均效率在11％至22％之间。现在，一个新设备可以将其提升到惊人的80％。

该设计基于一系列单壁碳纳米管

该设计基于一系列单壁碳纳米管，重新捕获红外辐射的热光子，这是太阳能电池所散失的热量。然后，该装置将该能量作为不同波长的光发射，然后可以将其再循环到电能中。

美国赖斯大学的工程师河野俊一郎(Junichiro Kono)解释道:“热光子是从热体发出的光子。如果你用红外热像仪观察热点，你会看到它发光。相机正在捕捉这些热激发的光子。”

挑战是将宽带光子挤入一个窄带

红外辐射是带来温暖的阳光的一部分。肉眼看不见它，但它与光和无线电波以及X射线在同一电磁波谱上。红外辐射是由你的炉子，篝火，甚至是你温暖的猫发出的。基本上，任何发热的东西都会发射红外线。

工程师古拉杰·纳伊（Gururaj Naik）说：“这个问题，，热辐射是宽带，而只有当发射在一个窄带内时，光转换为电才是有效的。这里的挑战是将宽带光子挤入一个窄带。”

河野俊一郎

他们的系统涉及密集包装的碳纳米管的精细薄膜，已由河野俊一郎及其同事开发。

这些纳米管的一个特性是它们中的电子只能沿一个方向传播。这产生称为双曲线色散的效应，其中膜是在一个方向上的金属导体，但是垂直于该方向的绝缘体。

这意味着热光子可以从几乎任何地方进入，但它们只能从一个方向退出。这种挤压过程将热量转化为光，通过这一流程，它可以转换成电力。

在该团队开发的概念验证设备中，碳纳米管薄膜可以承受高达700摄氏度的温度，尽管该材料能够承受更高的热量，高达1600摄氏度。

然后，工程团队将其设备置于热源下以确认窄带输出。薄膜中的每个谐振腔减小了热光子的带，产生光。

下一步研究是利用光伏太阳能电池收集这些光并将其转换为电能以确认效率预测。

纳伊说：“通过将所有浪费的热能压缩到一个小的光谱区域，我们可以非常有效地将其转化为电能，理论预测是我们可以获得80％的转换效率。”

该研究发表在《ACS光子学》期刊上。