光与热组合系统大幅提高太阳能利用率的实现

　　太阳能光伏电池典型的在电光转换效率20%下工作，而美国斯坦福大学（Stanford University）于不久前宣布，开发的新系统通过将太阳光辐射的光和热组合在一起，可望使电光转换效率达到60%。

　　太阳能光伏电池（简称光伏电池）用于把太阳的光能直接转化为电能。目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更便宜。按照应用需求，太阳能电池经过一定的组合，达到一定的额定输出功率和输出的电压的一组光伏电池，叫光伏组件。根据光伏电站大小和规模，由光伏组件可组成各种大小不同的阵列。

　　太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应原理工作的太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴--电子对。在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

　　标准的硅太阳能电池有二方面限制，它们仅吸收部分光谱，而将其余的作为热量反射，并且，随着温度的上升而使其效率下降。相对比较，新系统将采用太阳能聚集器如抛物线蹀在高达800°C温度下可工作得更好。该大学已从标准的光伏进入不同的物理过程。

　　斯坦福大学的系统为由真空隔开的二个电极组成的太阳能电池。关键元件是阴极，阴极由在半导体上涂复了铯的单层组成。光子和热量会促进电子从阴极上释放，研究人员称这一过程为光子增强的热离子释放（PETE）。

　　研究人员已在实验室在高达400°C下，采用涂复铯的氮化镓（GaN）试验了这一概念。选用GaN用于试验，是因为它带有铯，热稳定性好。虽然在能源转化方面，它是一种劣质材科，电子释放效率仅达到0.1%，但验证表明，重要的是可同时捕集光和热，并使该过程因提高了温度而得以改进。现在的工作是采用更常用的太阳能电池材料，如砷化镓和硅，挑战是带有铯则热稳定性较差。