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非硅晶太阳能的新市场在何方,研究:可朝水下应用发展

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最近印度科学家为了拓展太阳能板的应用範围,决定让光电技术潜入水中,尝试将非硅晶太阳能板浸泡在纯净水、湖水、海水等各种不同的水体进行研究,希望能帮太阳能开闢新的道路。

太阳能板防水吗?会不会泡一泡水就坏了,影响发电效率、甚至波及水质?

虽然目前主流太阳能技术为单晶硅、多晶硅等太阳能,但印度坎普尔印度理工学院(IIT Kanpur)与印度皮拉尼海德拉巴德校区博拉理工学院(BITS Pilani Hyderabad Campus)团队首先选用非晶硅太阳能技术(Amorphous silicon)。

会有如此结果,主要是考量水会吸收并反射光线,波长越长的光越难穿透水,以海水来说,只有少许的深蓝光谱可以穿透 100 公尺以下的海洋。而非晶硅太阳能的硅原子堆积方式是紊乱的,没有一定的规则性以及週期性排列,通常这类太阳能板的光吸收性更高,是一般硅晶太阳能的 500 倍以上。

可吸收更多光的非晶硅太阳能就是好选择,非晶硅太阳能可捕获 380-780nm 的光,且非晶硅太阳能製程不複杂,具有价格便宜、生产速度快优点,研究人员认为,由于具备这些优势,非晶硅太阳能为水下应用的理想选项,且水下温度较低,太阳能发电效益也更好。

先前也有研究指出,若将单晶硅和多晶硅太阳能电池放在水深 1 公尺处,转换效率就会下降 20%,而非晶硅太阳能纵使在水深 1.5 公尺处,降幅也不大,团队认为,剩下的转换效率足以供电水下电子设备。

科学家把非晶硅太阳能板分别浸泡在纯净水(去离子水)、湖水、海水和人造海水(ASW)水深 2 公尺处,再用太阳光模拟器照射测试,根据团队发表在《Energy Research》的研究,最终发现放置在纯水的非晶硅太阳能板表现最好最佳功率输出为 0.0367 W,海水和人工海水则分别是 0.0337 W 和 0.0320W,湖水则是因为细菌、藻类与其他杂质的关係,太阳能表现大打折扣。

该团队在挑选太阳能板时,也不是毫无考量,实验选用 Panasonic 的非晶硅太阳能电池,其中电池附涂聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS),该化合物无毒也不易燃,具有出色光学性能与疏水性,声称可提高电池发电量 2.79%。

团队认为,太阳能发电量确实会因为水质、深度而大不如前,但是发电量足以为水下监控感测器、设备,以及各种商业与国防应用供电。

不过随着技术进步,如今太阳能板的应用範围已愈来愈广,装设地点已经不单单只有地面型、屋顶型了,像是水面型太阳能近年也备受看好,不少厂商也有推出搭配太阳能板的产品,诸如太阳能手錶,为了这些特殊应用与考量可能面临的风险,太阳能厂商在开发新产品、登上贩售架前,也有经过层层确认。

像是台湾的元晶太阳能考量水面型太阳能应用,也有在工研院量测中心协助下,将太阳能板进泡在 5% 浓度盐水,进行长达 7 天的研究测试,发电效率仍可维持在 99.56% 以上。

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