像镜子一样的光伏发电可以从热量中获得更多的电能

据介绍，热控制“太阳能”电池可以将99%不能转化为电能的能量反射出来，这有助于降低将可再生能源储存为热能的价格，以及从排气管和烟囱中收集废热密歇根大学研究人员。

这种能源储存应用被非正式地称为“盒子里的太阳”，它将额外的风能和太阳能发电储存在一个热量库中。

密歇根大学化学工程助理教授Andrej Lenert说:“这种电网规模储能的方法受到了广泛的兴趣，因为它估计比使用电池便宜10倍。”

“太阳”本身的成本已经很低:例如，一罐熔融硅。相对昂贵的部分是将储存的热量转化为电能的光伏板。与将光而不是热转化为电能的普通太阳能电池板相比，热光伏需要能够接受能量更低的光子——光或热的包——因为热源的温度比太阳低。为了使效率最大化，工程师们一直在寻求将能量过低的光子反射回热库。这样，能量就会被重新吸收，并有机会被包装成能发电、能量更高的光子。

“这是一项回收工作，”彼得·a·弗兰肯杰出大学工程学教授、保罗·g·戈贝尔工程学教授史蒂夫·福雷斯特说。“热量库释放的能量有超过100次机会被太阳能电池吸收，然后才会丢失。”

传统的金衬底热光伏电池能反射95%不能吸收的光。不错，但是如果每次反弹都损失5%的光，那么这些光平均有20次机会以光子的形式重新发射，这些光子的能量足够转化为电能。机会的增加意味着人们可能会使用更便宜的太阳能电池材料，对他们所接受的光子能量更挑剔。这还有额外的好处:更高能量的光子产生更高能量的电子，这意味着更高的电压和更少的能量损失。

为了提高反射率，研究小组在半导体(将光子转化为电能的材料)和黄金衬底之间增加了一层空气。如果光在空气中传播后照射到黄金上，而不是直接从半导体中照射，黄金的反射效果会更好。为了使光波相互抵消的程度最小化，空气层的厚度必须与光子的波长相似

起初，电气工程和计算机科学专业的博士生范德久对制造这样一个电池的工作犹豫不决。范解释说，空气层的厚度必须非常精确——在几纳米之内——才能反射能量较低的光子。更重要的是，脆弱的半导体薄膜只有1.5微米(。0015毫米)厚，但它需要在8微米宽的金梁之间跨越超过70微米的空气。

“在一开始，我们并不清楚这种‘空气桥’结构，具有如此大的跨度，中间没有任何机械支撑，是否能够以高精度建造，并在多种苛刻的制造工艺中幸存下来，”范说。

但是他做得很快，福雷斯特说。范与化学工程博士生托拜厄斯·伯格(Tobias Burger)和其他合作者合作，将金束铺设在半导体上。然后，他们在硅背板上涂上黄金来制作镜子，然后将金梁冷焊到金背板上。通过这种方式，金梁的厚度可以精确地控制空气桥的高度，实现近乎完美的镜像。

Lenert已经在展望进一步提高效率，在反射光子的百分比上增加额外的“9”。例如，将反射率提高到99.9%将使热量有1000次机会转化为电能。

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．