蓝光光碟造太阳能电池 转化效率一下提高22%

时间:2014-12-25 11:00来源:重庆晚报作者:yeyan 点击:
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摘要:蓝光光碟以提供高存储容量和高品质影音著称。不过最近,美国西北大学材料科学与工程系黄嘉兴副教授的研究团队发现,只用蓝光光碟看片实在太屈才了———他们将电影蓝光光碟上存储数据的图案,印在太阳能电池片上,结果电池片能够吸收更多的光,转化效率(光能转化为电能)一下提高了22%。这项研究发表在杂志《自然·通讯》上。

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  蓝光光碟造太阳能电池
 
  蓝光光碟以提供高存储容量和高品质影音著称。不过最近,美国西北大学材料科学与工程系黄嘉兴副教授的研究团队发现,只用蓝光光碟看片实在太屈才了———他们将电影蓝光光碟上存储数据的图案,印在太阳能电池片上,结果电池片能够吸收更多的光,转化效率(光能转化为电能)一下提高了22%。这项研究发表在杂志《自然·通讯》上。
 
  黄嘉兴的团队尝试过各种蓝光光碟,无论是何种视频内容,都可以提高太阳能电池的光吸收率,其秘密在电影蓝光光碟的蚀刻图案上。
 
  蓝光光碟中的秘密
 
  研究发现,提高光吸收率的秘密就藏在蓝光光碟的信息代码中———蓝光光碟和普通DVD光碟的原理相似,烧录时会在光盘上蚀刻长短不同的讯坑,代表二进制的“0”和“1”。在读取数据时,激光照射到不同的讯坑上反射不同的激光,光监测器由此读取数据。
 
  蓝光光碟在刻录数据时,采用的数据处理算法有两个特点:压制二进制的视频信息时,“0”和“1”是随机排列的;为了防止光盘受到划痕或者指纹的伤害,在烧录光盘时,每隔几个有效字节就要加入一段重复的错误控制代码。
 
  随机代码与有规律的错误控制代码组成的纹路,使蓝光光碟上形成了一种特殊的图案———准随机图案。再加上蓝光光碟上的这些小坑要比普通DVD密集得多,代表“0”和“1”的讯坑长度分别为150纳米和525纳米,这种尺寸的纳米结构恰好非常适合用来捕获整个太阳光谱的光。
 
  准随机图案的神奇
 
  为什么印有准随机图案的电池片,就比随机图案或未经处理的电池片转换效率高呢?研究者将规则图案、随机图案、准随机图案和蓝光光碟上的图案进行对比。
 
  通过实验,研究者发现,准随机图案十分接近蓝光光碟图案,两者几乎能把所有的光点“套住”,而规则图案基本不能,完全随机的图案也漏掉不少。
 
  所以,蓝光光碟的图案能帮助太阳能电池吸收更多的光。
 
  怎么造
 
  太阳能电池中,负责捕捉光子的是激活层。激活层的纳米机构会影响吸收光的能力。研究人员先剥离蓝光光碟上层的塑料层,用有机硅材料覆盖在光盘上“刻”印章,然后将印章压在事先准备好的激活层上。利用这种方法,研究人员将有机电池的转换效率提升了将近22%。
 
  在太阳能电池研究领域中,研究人员为了增加电池的转换效率,一直在寻找各种方法改善电池片表面结构,而且还要尽量降低制作成本。做一个准随机图案的纳米结构模板很麻烦,而蓝光光碟正好提供了现成的模板,因此黄嘉兴团队的制作方法不仅有效提高了电池转换效率,而且生产成本也很低———找张光盘就行。
 
  离子加农炮
 
  造太阳能电池
 
  致力研发太阳能及半导体超薄硅片技术的美国Twin Creeks公司透露,他们已经研发出一种太阳能电池,价格比当今世上最便宜产品的还低一半,更妙的是,太阳能电池是用粒子加速器制造出来的。
 
  据悉,该公司的“亥伯龙神3”粒子加速器,通过发射氢离子轰击硅板来制造非常薄的太阳能电池的硅晶片。
 
  目前来看,几乎所有的太阳能电池板都是把一大个晶体硅块切割成200微米厚的硅片,加上电极板,用玻璃盖封装,然后放到一个有太阳的地方,通过光电效应(当光子撞击硅,就激发出电子,产生了电,光能转化成电能)发电。这种方法有两大弊端:就像劈砍木材时会产生木屑一样,当把晶体硅块分割成200微米的晶体硅片时,也会产生“硅屑”,造成浪费,而且这种浪费接近50%;另外,即使厚度小于200微米,表面上电池板还能运作得很好,但是硅片却因为太薄而变得易碎甚至破裂。
 
  “亥伯龙神3”粒子加速器把氢离子发射到这些硅片上。严格控制加速器的电压,发射氢离子使之聚集到硅片表面20微米深处。由机械手把这些硅片运输到一个熔炉中,硅片表面的氢离子在熔炉中被加热成氢气,这样就把20微米厚的硅层就分离出来了。用金属做衬底,使其变得不易碎。剩下的硅片,又可以供粒子加速器的再一次发射氢离子使用。将厚度变成了原来的1/10,减少硅片的浪费。
 
  树木
 
  造太阳能电池
 
  来自乔治亚理工学院和普渡大学的研究人员开发出新型的高效太阳能电池,制作电池的材料来源于自然植物,比如随处可见的树木。同时,这些太阳能电池在使用寿命结束后,只要把它们泡在水里就行,就能快速实现回收再利用。
 
  研究人员称,这种有机太阳能电池的功率转换效率达到了2.7%,远超其他使用可再生原材料作为基板的太阳能电池。
 
  研究人员说,用来装配太阳能电池的纤维素纳米晶体基板是光学透明的,这使得光线可以穿过它们后,再被一层纤薄的有机半导体吸收。在回收再利用的环节上,只要在室温下将太阳能电池浸入水中,仅需几分钟,该基板就会溶解,而电池本身则可以被轻松的分离出来。
 
  光纤
 
  造太阳能电池
 
  一个由世界各国工程师、物理学家和化学家组成的团队制造出世界首款光导纤维太阳能电池。这些光导纤维的直径比人的头发丝还要细,而且柔软可弯曲,同时具备太阳能电池的发电能力。
 
  美国军方已经对这款奇妙的产品产生兴趣,准备将其作为军用服装的混织纤维,未来的美国大兵很可能会穿着一身电池上战场。
 
  据了解,这种太阳能电池本质是玻璃质光纤,科学家们使用高压化学气相沉积技术,将n、i、p型非晶硅植入光纤,赋予它太阳能电池的功能。从功能上说,植入了非晶硅的光纤和普通太阳能电池并无不同。不同之处在于,人们在制造传统太阳能电池时将非晶硅附在平面玻璃基板之上,制成产品自然与玻璃一样坚硬;而光导纤维太阳能电池在植入硅时,突破了平面的限制,也因为材料的不同获得了柔软的特性。
 
  研究人员表示,他们已经制成了“数米长的光纤太阳能电池”,并且他们的新技术能够制备“十米以上长度的光纤太阳能电池”。如果光纤太阳能电池的长度能达到此量级,剩下的问题就是将其织入衣物中。
 
  这些光纤太阳能电池还有很多值得探讨的功能。正因为它突破了平面的硅附着方式,所以这种太阳能电池没有正反面之分,任何角度的光照都能产生电能,也不会随着光照角度的变化而衰减效率。
 
【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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