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紐約大學:寬能隙半導體的太陽能電池在水下性能表現突出,值得發展

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科技產業資訊室 (iKnow) - Kyle 發表於 2020年4月22日

圖、紐約大學發現寬能隙半導體的太陽能電池在水下性能表現突出,值得發展

美國紐約大學(New York University)研究人員發現,基於寬能隙半導體的太陽能電池在水下的性能比常規矽光伏裝置中使用的窄能隙太陽能電池更好,這對於使用太陽能充電的自動潛水器和感測器帶來很大的益處。

由於缺少持久性的電源,水下交通工具無法長時間在水下運行。目前,他們通常是依靠電池,與連接岸上電網或從位於水面以上的太陽能電池(例如,水面艦艇)獲得電力。對於需要長期供電而不想要透過岸上電網的水下車輛來說,車載太陽能電池板可能是一種有吸引力的替代方案。但是現今基於矽或非晶矽的常規太陽能電池並非水下車輛用的最佳方案。

現今水下車輛的太陽能電池分別採用1.1 eV和1.8 eV的窄能隙,其吸收了大量的紅色和紅外線。不幸的是,水也能夠很輕易地吸收這些波長的光線。這就造成了其性能不佳的情況。相比之下,藍光和黃光(400-600 nm)不易被水吸收,這意味著它可以進一步滲透到表面以下。因此,如果改用寬能隙的半導體可能更適合於水下供電。

為了進一步研究這些類型的半導體,研究小組使用了一個詳細的平衡模型來測量世界各地不同海洋和湖泊中不同吸光材料的效率極限。其中包括大西洋和太平洋的相對較清澈且吸收光的部分,以及更渾濁且光吸收特性較差的芬蘭湖。

總體發現,透過良好的候選產品來製造太陽能電池,有助於電池重量變輕,製造更便宜且能在弱光條件下工作良好。例如,聚(P3HT)的帶隙約為2.1 eV,可輕鬆大量生產,非常適合在淺水中使用。丁二烯(2.2 eV帶隙)和並五苯(2.2 eV)之類的材料在深水下可以很好地運作,聚衍生物(2.3-2.4 eV)也可以。或者,用元素週期表第III和V組元素製成的合金,例如三價和四價碲化鎘鋅(CZT),硫化銅鋅銻(CZAS),AlGaAs,InGaP和GaAsP也可能很好。

紐約大學也發現,儘管水下採光材料的成分與常規太陽能電池不同,但其總體設計不需要太大改變。顯然,它們需要在海洋環境中長期防水和穩定,但是研究人員已經表明,矽太陽能電池板可以封裝起來並浸沒在水下數月之久,而功率轉換不會遭受任何重大損失。因此,可以採用類似的封裝技術來穩定由寬能隙半導體製成的太陽能電池。(725字)


參考資料:
Wide-band-gap semiconductors could harvest sunlight underwater. Physics world,2020/4/17 


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