半球形光伏电池大幅提高能效，有望为可再生能源技术开辟新应用领域

土耳其阿卜杜拉·居尔大学研究人员开创性地重新设计了有机光伏电池的结构，赋予其半球形的外壳，旨在最大限度地提高光吸收和角度覆盖率。这种创新设计有望为可再生能源技术开辟新的前景，相关论文发表在最新一期《能源光子学报》上。

可用于光伏电池的半球形外壳有机活性层能大幅提高能源效率和角度覆盖。
图片来源：《能源光子学报》

在追求可持续能源解决方案的过程中，寻求更高效的太阳能电池至关重要。有机光伏电池因其灵活性和成本效益而成为传统硅基电池的潜力替代品。然而，优化其性能仍然是一个重大挑战。

在这项研究中，研究人员探测了电池半球形壳活性层内的吸收光谱，通过一种称为三维有限元分析（FEA）的计算技术，详细研究了光如何与电池的结构和材料相互作用。FEA可将结构划分为更小、更易于管理的部分（称为有限元），以此解决复杂的工程问题。它可模拟和分析整个结构在各种条件下的行为，例如不同的光波长和入射角。

此次研究的有限元分析结果非常出色。当受到横向电（TE）偏振光的影响时，与扁平结构器件相比，半球形壳结构的光吸收显著增加了66%。同样，对于横向磁（TM）偏振光，光吸收显著增加了36%。

与先前报道的半圆柱壳设计相比，半球形壳结构也成为明显的“领跑者”。它拥有TE偏振的光吸收显著增加13%，TM偏振的光吸收显著增加21%。

此外，半球形壳结构还具有更广阔的角度覆盖范围，这对于可穿戴电子设备等需要灵活光捕获的应用特别有利。

研究人员表示，随着吸收和全向特性的改善，半球形壳活性层将助力有机太阳能电池的多种应用领域。这种新形状标志着有机太阳能电池设计的重大飞跃，让可再生能源的未来前景更光明。

全球能源绿色低碳转型的浪潮方兴未艾，光伏技术在其中扮演着不可忽视的角色。如今，无论在城市还是农村，光伏电池都变得越来越常见，应用场景也不断丰富。比如用于新能源汽车充电桩、城市路灯、家庭热水器等等。国际可再生能源署报告显示，过去10年间，全球光伏发电项目平均度电成本累计下降超过80%。在成本持续下降、应用日益广泛的同时，光伏技术仍在不断飞跃，以满足新能源市场的新需求。