有沒有想過(guò),太陽(yáng)能電池板為什么只有黑色或者藍(lán)色?當(dāng)然,答案很簡(jiǎn)單,這是因?yàn)樘?yáng)能面板所采用的材料晶體硅和碲化鎘是藍(lán)色或者黑色。但是,一個(gè)來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,太陽(yáng)能電池板如果做成綠色,將會(huì)獲得更高能效。
從植物顏色獲取靈感
加州大學(xué)助理教授Nathan Gabor在一次偶然的情況下,得到了這個(gè)想法。「在一次學(xué)術(shù)研討會(huì)上,我陷入沉思,物理學(xué)家總是能夠解釋為什么天空是藍(lán)色的,于是我想,為什么植物是綠色的呢?」
Gabor發(fā)現(xiàn),對(duì)于這個(gè)問題,盡管學(xué)界有不少設(shè)想,然而沒有一個(gè)能夠被證實(shí)是正確的。
一般情況下,如果一株植物想盡可能吸收太陽(yáng)能,吸收太陽(yáng)光譜中的綠色光是最佳選擇,因?yàn)樘?yáng)光中綠光的能量最高。然而,絕大多數(shù)植物并不吸收綠光,而是反射綠光,這是因?yàn)椤冈谔?yáng)光譜里,綠光很多,但很不穩(wěn)定。對(duì)植物而言,它們并不喜歡綠光,因?yàn)榫G光很難穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化能量。」
對(duì)于綠光,植物是拒絕的,它們將綠光反射掉,所以植物看起來(lái)都是綠色的。
太陽(yáng)能電池板做成綠色的原因
綠色的植物反射太陽(yáng)光中的綠光,目的是希望穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化能量,這無(wú)疑與太陽(yáng)能電池板所面臨的困境極為相似:因無(wú)法穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化電能,從而影響發(fā)電效率。
眾所周知,太陽(yáng)能電池發(fā)電的過(guò)程往往是這樣的:當(dāng)太陽(yáng)能電池里的分子吸收太陽(yáng)光時(shí),某些電子的能量等級(jí)開始提升。分子并不能控制這些能量,所以它將電子轉(zhuǎn)移到不同的分子,從而形成電流。如果電流不穩(wěn)定,那發(fā)電效率則無(wú)從談起。
Gabor教授認(rèn)為,太陽(yáng)光線中的綠光非常充裕,然而對(duì)植物或者太陽(yáng)能電池來(lái)講,綠光并不受歡迎。電池板在某種特定波長(zhǎng)吸收的光線越多,信號(hào)就越波動(dòng),從而讓吸收能量變得低效。總之,綠光雖強(qiáng),但極不穩(wěn)定,太陽(yáng)能面板如果想要提高效率,必須避開綠光。
與此同時(shí),Gabor和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,提高太陽(yáng)能電池發(fā)電效率的最佳途徑是吸收兩種不同顏色的太陽(yáng)光,并且兩種顏色都不要包含綠色。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)此種理論,他們?cè)O(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能電池,該電池能避開太陽(yáng)光線中的綠光。
在實(shí)驗(yàn)中,他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光數(shù)量發(fā)生改變時(shí),太陽(yáng)能電池吸收一種光線多,而另一種光線少,從而實(shí)現(xiàn)了能量的穩(wěn)定輸出。
最終,該電池實(shí)現(xiàn)了有效調(diào)節(jié)自身能量的輸入與輸出,起到提高太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與他們此前的預(yù)測(cè)驚人一致。
這篇有意思的論文叫《綠色量子光電池中能量流的自然調(diào)控》,已發(fā)表在頂級(jí)科技期刊《美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)雜志》(ACS Journal)的納米研究板塊。
在筆者看來(lái),如果該太陽(yáng)能電池最終能從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng),那么在不遠(yuǎn)的將來(lái),我們所見到的太陽(yáng)能電池板可能就不再是黑色或者藍(lán)色,而是像植物一樣的綠色了。
從植物顏色獲取靈感
加州大學(xué)助理教授Nathan Gabor在一次偶然的情況下,得到了這個(gè)想法。「在一次學(xué)術(shù)研討會(huì)上,我陷入沉思,物理學(xué)家總是能夠解釋為什么天空是藍(lán)色的,于是我想,為什么植物是綠色的呢?」
Gabor發(fā)現(xiàn),對(duì)于這個(gè)問題,盡管學(xué)界有不少設(shè)想,然而沒有一個(gè)能夠被證實(shí)是正確的。
一般情況下,如果一株植物想盡可能吸收太陽(yáng)能,吸收太陽(yáng)光譜中的綠色光是最佳選擇,因?yàn)樘?yáng)光中綠光的能量最高。然而,絕大多數(shù)植物并不吸收綠光,而是反射綠光,這是因?yàn)椤冈谔?yáng)光譜里,綠光很多,但很不穩(wěn)定。對(duì)植物而言,它們并不喜歡綠光,因?yàn)榫G光很難穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化能量。」
對(duì)于綠光,植物是拒絕的,它們將綠光反射掉,所以植物看起來(lái)都是綠色的。
太陽(yáng)能電池板做成綠色的原因
綠色的植物反射太陽(yáng)光中的綠光,目的是希望穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化能量,這無(wú)疑與太陽(yáng)能電池板所面臨的困境極為相似:因無(wú)法穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化電能,從而影響發(fā)電效率。
眾所周知,太陽(yáng)能電池發(fā)電的過(guò)程往往是這樣的:當(dāng)太陽(yáng)能電池里的分子吸收太陽(yáng)光時(shí),某些電子的能量等級(jí)開始提升。分子并不能控制這些能量,所以它將電子轉(zhuǎn)移到不同的分子,從而形成電流。如果電流不穩(wěn)定,那發(fā)電效率則無(wú)從談起。
Gabor教授認(rèn)為,太陽(yáng)光線中的綠光非常充裕,然而對(duì)植物或者太陽(yáng)能電池來(lái)講,綠光并不受歡迎。電池板在某種特定波長(zhǎng)吸收的光線越多,信號(hào)就越波動(dòng),從而讓吸收能量變得低效。總之,綠光雖強(qiáng),但極不穩(wěn)定,太陽(yáng)能面板如果想要提高效率,必須避開綠光。
與此同時(shí),Gabor和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,提高太陽(yáng)能電池發(fā)電效率的最佳途徑是吸收兩種不同顏色的太陽(yáng)光,并且兩種顏色都不要包含綠色。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)此種理論,他們?cè)O(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能電池,該電池能避開太陽(yáng)光線中的綠光。
在實(shí)驗(yàn)中,他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光數(shù)量發(fā)生改變時(shí),太陽(yáng)能電池吸收一種光線多,而另一種光線少,從而實(shí)現(xiàn)了能量的穩(wěn)定輸出。
最終,該電池實(shí)現(xiàn)了有效調(diào)節(jié)自身能量的輸入與輸出,起到提高太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與他們此前的預(yù)測(cè)驚人一致。
這篇有意思的論文叫《綠色量子光電池中能量流的自然調(diào)控》,已發(fā)表在頂級(jí)科技期刊《美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)雜志》(ACS Journal)的納米研究板塊。
在筆者看來(lái),如果該太陽(yáng)能電池最終能從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng),那么在不遠(yuǎn)的將來(lái),我們所見到的太陽(yáng)能電池板可能就不再是黑色或者藍(lán)色,而是像植物一樣的綠色了。