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科学家研发出基于光纤的三维隐蔽型太阳能电池

  科学家们已经开发出了一种三维光纤隐形太阳能电池

  可再生能源和绿色能源是未来经济发展的动力。作为最重要的可持续能源技术之一,太阳能电池将成为满足全球能源需求的主要能源来源。在各种太阳能电池中,染料太阳能电池以其高成本而被广泛使用。传统的染料太阳能电池使用纳米粒子和纳米线来提高其光电转换效率。然而,这些基于二维平面结构,因此限制了这种光伏电池效率的进一步改进。由佐治亚理工学院的王忠林教授领导的一个研究小组已经开发了一种结合了纳米纤维技术的三维染料基太阳能电池。其独特的三维结构大大提高了类似太阳能电池的光电转换效率。这一最新成果最近在德国的Angewandte Chemie出版。王林,魏亚光博士生和本杰明文超布结合太阳能电池结构和光纤技术,采用三维纳米结构实现了光伏电池的设计。具有光纤和纳米线混合结构的三维染料基太阳能电池的主要结构包括光纤和在光纤表面上垂直生长的氧化锌纳米线阵列(图中所示)。阳光从光纤端部轴向延伸并传播。三维太阳能电池的核心设计思想是在光纤传播过程中多次反射入射光。在每次反射期间,入射光通过氧化锌纳米线与附着于其表面的染料相互作用。多次反射增加了与纳米线表面染料相互作用的入射光子的数量,大大增加了光吸收和光电子传输效率。实验结果表明,对于相同的三维染料基太阳能电池,相对于光纤侧壁上的光照,光的轴向透射增加了太阳能电池6倍的能量转换效率。在一个太阳能(AM1.5)光中,氧化锌纳米线的三维染料太阳能电池的光电转换效率达到3.3%。该效率比相同类型的基于二维染料的太阳能电池所报导的最高效率高120%,比使用涂覆有二氧化钛的氧化锌纳米线的基于染料的太阳能电池高47%。新型三维染料太阳能电池具有以下显着的特点研究和实际应用。从物理角度来看,基于纳米线的二维染料基太阳能电池具有小的表面积,这限制了染料负载和阳光吸收。增加纳米线的长度增加了表面积,但是纳米线的长度受到材料制备和电子扩散长度的限制。三维染料太阳能电池的独特结构克服了以下难点:入射太阳光在光纤内多次反射,与纳米线表面的染料多次交互作用,不增加电子传输距离,大大增加吸收光和光电子传输效率。三维染料太阳能电池在应用中具有以下主要优点:首先,使用光纤使得太阳能电池能够远程操作并具有高移动性。它可以在阳光不能到达的地层和海洋深处工作。其次,基于3D染料的太阳能电池可以具有更小的尺寸,更高的效率,更高的移动性,更可靠的设计,更灵活的形状和可以降低生产成本;第三,立体染料型太阳能电池可以在不同光强下有效工作,具有很高的动态工作范围。研究成果为利用光纤与有机与无机材料混合结构设计三维高效多功能太阳能电池开辟了新的途径和思路。太阳能电池的原理三维结构和染料的基本原理
纳米线的纤维和混合结构。 A)基于三维染料的太阳能电池包括光纤和在光纤表面垂直生长的氧化锌纳米线阵列。图中上半部分为传统光纤远距离传输光线,下部为太阳能电池进行光电转换。 B)3D染料基太阳能电池结构的细节。

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