适合在水下收集太阳能的材料

纽约大学的研究人员报告说，可能有许多被忽视的有机和无机材料可以利用水下太阳能，并有效地为无人潜水器提供动力。他们的研究成果发表在3月18日的《Joule》杂志上，证明了各种宽带隙半导体比传统硅太阳能电池中使用的窄带半导体更适合水下使用。

该研究的作者，纽约大学坦登工程学院转化材料与器件实验室的博士后研究助理杰森·鲁尔说道：“到目前为止，水下太阳能电池总的趋势还是使用传统的硅电池。但我们发现，一旦到达水下一定深度，硅电池并不理想，因为硅是吸收大量的红光和红外光，而这些光也会被水吸收。有了我们的指导方针，可以开发出更多最佳材料。”

水下航行器，比如那些用于探索深海的航行器，目前正受到低效的机载电池的限制，阻碍了它们进行更长距离和更长时间的航行。虽然太阳能电池技术已经在陆地和外层空间广泛使用，但水下世界提出了独特的挑战。在硅基太阳能电池有机会捕捉到红光之前，水就散射并吸收了大部分可见光。

此前，大多数开发水下太阳能电池的尝试都是用硅或非晶硅，这两种材料都有窄带隙，最适合在陆地上吸收光线。然而，即使其它波长的光减少，蓝色和黄色的光仍然能够穿透到水底深处，这表明带隙更宽的半导体可能更适合在水下提供能量。

为了更好地了解水下太阳能电池的潜力，鲁尔和同事们评估了从大西洋和太平洋最清澈的区域到芬兰湖的水体，使用了一个详细的平衡模型来测量每个地点太阳能电池的效率极限。在地球最清澈的水域中，太阳能电池可以在50米深的水下收集能量，寒冷的海水可以进一步提高太阳能电池的效率。

研究人员的计算表明，太阳能电池在两米深处的最佳带隙约为1.8伏，在50米深处的最佳带隙约为2.4伏。这些数值在所研究的所有水域中保持一致，这表明太阳能电池应该根据特定的操作深度而不是水域量身定做。

鲁尔指出，由有机材料制成的低成本太阳能电池在弱光条件下表现良好。虽然需要使用的半导体物质不同于陆地上使用的太阳能电池，但总体设计仍然相对相似。鲁尔表示：“虽然收集太阳能的材料必须改变，但总体设计不一定要改变那么多。传统的硅太阳能电池板被封装起来，以防止破坏环境。研究表明，这些太阳能电池板可以在水中浸泡数月而不会对太阳能电池板造成重大损害。用最佳材料制成的新型太阳能电池板也可以采用类似的封装方法。”

本文译自 techxplore，由 Imagine 编辑发布。