應用更廣 新研發太陽能電池長得像光纖

 

太陽能電池一定得是平板狀的嗎？美國喬治亞理工學院(Georgia Tech)的研究人員開發了一種新技術，能將光纖變成細長狀太陽能電池。

透過將染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell)與光纖電纜的外殼結合，喬治亞理工學院的研究人員展示了一種纖細、軟性的太陽能電池，且其效率據說可達採用同樣材料的平板太陽能電池之六倍。

「我們將這種光纖的末端直接面對太陽；」喬治亞理工學院教授Zhong Lin Wang表示：「在該光纖的旁邊置放一個與外部負載(external load)連結的電極，就能收集所產生的電荷。」Wang是與該校研究人員Benjamin Weintraub與Yaguang Wei共同完成該研究。

喬治亞理工學院教授Zhong Lin Wang展示光纖電纜材料製成的太陽能電池

染料敏化太陽能電池是在1990年代發明，是薄膜狀的太陽能發電方案；不同於矽晶太陽能電池應用昂貴的半導體材料來發電，染料敏化太陽能電池是在週圍環繞金屬薄膜的電解質中，在氧化鋅奈米線(nanowires)上使用廉價的染料分子(dye molecules)薄膜。當太陽光線照射在染料分子細胞上，它們會射出電子到金屬薄膜，並傳輸到外部電極。

傳統太陽能板的一個問題，是入射的光子很少有機會能在退化成熱之前，於薄板中激發電子；但相反的，光纖能讓光子有更多的機會與活性層(active layer)互動。Wang所製作的原型是使用20公分長的光纖，以確保能在長度範圍內吸收最大量的光子。

這種技術只會收集光纖尖端的太陽光，然後光線會沿著光纖向下；而未來將研發的新版本則可能會使用外部透明的金屬護套，好讓光線從裡面跟外面進來。研究人員也計劃製造成束的子系統，包含數百條平行的光纖電纜。

研究團隊也打算將這種新型太陽能電池的能量轉換效率，由現在的3.3%提升到8%，好推向商業化。Wang表示，他打算用成本更低的廉價光纖材料來進行實驗，並用氧化鈦代替氧化鋅來進一步提升效率。

在實際應用上，這種太陽能電池能讓產品設計師開發出新形狀的商業產品，或是在軍事應用領域，纖維狀的太陽能電池能內建在裝備中用來供電。