斯坦福大学材料与能源科学研究所（SIMES）的科学家已经改进了一种创新的太阳能设备，其将太阳的光和热转换为电能的效率比以前的设计高约100倍。
斯坦福大学材料科学与工程学副教授，联合研究所SIMES的研究员Nicholas Melosh表示：“这是根据我们的技术制造实用设备的重要一步，该技术可利用太阳提供的光能和热能。”斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室。
该新设备基于2010年首次展示的光子增强热电子发射（PETE）工艺。该小组在《自然通讯》上周的一份报告中，描述了他们如何将设备的效率从百分之几百提高到近2％，并表示他们希望将来至少再实现10倍的增长。
开火
传统的光伏电池使用太阳光谱的一部分波长来发电。但是PETE使用一种特殊的半导体芯片来利用太阳光的整个光谱（包括产生热量的波长）来发电。实际上，高温下热电子发射的效率大大提高，因此将PETE添加到公用事业规模的集中式太阳能发电厂中，例如加利福尼亚莫哈韦沙漠中的多兆瓦电力塔和抛物线槽项目，可能会将其电输出提高5％。 。这些系统使用镜子将阳光聚焦到超亮，炽热的区域，将水煮沸成蒸汽，然后使发电机旋转。
“当放置在阳光集中的地方时，我们的PETE芯片可直接发电；越热，它将产生的电力就越多。” Melosh说。
改进的PETE芯片的核心是两个半导体层的三明治：一种经过优化，可以吸收阳光并产生长寿命的自由电子，而另一种经过设计，可以从设备中释放这些电子，以便可以将它们收集为电流。第二层上的氧化铯涂层可简化电子从芯片的通过。未来的研究旨在通过开发新的涂层或表面处理技术来使该设备的效率再提高10倍，从而在聚光太阳能发电厂遇到的高温下保持第二层外表面的原子排列。
集中的阳光（顶部的红色箭头）将设备的半导体阴极（米色和灰色的上面板）加热到超过400摄氏度。光激发的热电子（蓝点）从阴极的纳米结构底面向下流到阳极（白/灰色表面），并在那里被收集为直流电流。额外的太阳能和设备热量收集在阳极下方（箭头表示从冷到热，从蓝到红的流动），以运行发电蒸汽轮机或斯特林发动机。尼克·梅洛什
斯坦福大学研究生贾里德·史威德（Jared Schwede）说：“我们希望其他材料，例如掺有钡或锶的材料，能够使表面在至少500摄氏度的温度下更加稳定。”下面的技术。
另一个挑战将是设计该设备，以承受太阳能发电厂日间剧烈的500度每日温度波动，因为它们的系统在白天变热，然后在晚上变冷。
PETE研究得到了斯坦福大学全球气候与能源项目，戈登和贝蒂摩尔基金会，能源部的SunShot计划以及国防高级研究计划局的支持。
资源：SLAC国家加速器实验室的Mike Ross图片和视频：SLAC国家加速器实验室的Brad PlummerJ.W.Schwede等人，Nature Communications，2013年3月12日（10.1038 / ncomms2577）
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