半球形光伏電池大幅提高能效

土耳其阿卜杜拉·居爾大學(xué)研究人員開創(chuàng)性地重新設(shè)計(jì)了有機(jī)光伏電池的結(jié)構(gòu)，賦予其半球形的外殼，旨在最大限度地提高光吸收和角度覆蓋率。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)有望為可再生能源技術(shù)開辟新的前景，相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《能源光子學(xué)報(bào)》上。

在追求可持續(xù)能源解決方案的過程中，尋求更高效的太陽能電池至關(guān)重要。有機(jī)光伏電池因其靈活性和成本效益而成為傳統(tǒng)硅基電池的潛力替代品。然而，優(yōu)化其性能仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員探測(cè)了電池半球形殼活性層內(nèi)的吸收光譜，通過一種稱為三維有限元分析（FEA）的計(jì)算技術(shù)，詳細(xì)研究了光如何與電池的結(jié)構(gòu)和材料相互作用。FEA可將結(jié)構(gòu)劃分為更小、更易于管理的部分（稱為有限元），以此解決復(fù)雜的工程問題。它可模擬和分析整個(gè)結(jié)構(gòu)在各種條件下的行為，例如不同的光波長(zhǎng)和入射角。

此次研究的有限元分析結(jié)果非常出色。當(dāng)受到橫向電（TE）偏振光的影響時(shí)，與扁平結(jié)構(gòu)器件相比，半球形殼結(jié)構(gòu)的光吸收顯著增加了66%。同樣，對(duì)于橫向磁（TM）偏振光，光吸收顯著增加了36%。

與先前報(bào)道的半圓柱殼設(shè)計(jì)相比，半球形殼結(jié)構(gòu)也成為明顯的“領(lǐng)跑者”。它擁有TE偏振的光吸收顯著增加13%，TM偏振的光吸收顯著增加21%。

此外，半球形殼結(jié)構(gòu)還具有更廣闊的角度覆蓋范圍，這對(duì)于可穿戴電子設(shè)備等需要靈活光捕獲的應(yīng)用特別有利。

研究人員表示，隨著吸收和全向特性的改善，半球形殼活性層將助力有機(jī)太陽能電池的多種應(yīng)用領(lǐng)域。這種新形狀標(biāo)志著有機(jī)太陽能電池設(shè)計(jì)的重大飛躍，讓可再生能源的未來前景更光明。

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