在用于收集水下阳光的最佳材料上发光

 
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用于在水下利用阳光并有效地为自动潜水器提供动力。他们的研究于3月18日发表在《焦耳》杂志上，为在水深范围内的最佳带隙值制定了指南，证明了各种宽带隙半导体而不是传统硅太阳能电池中使用的窄带半导体是最好的装备用于水下。
“到目前为止，总的趋势是使用传统的硅电池，一旦进入很深的深度，我们证明这并不是理想的选择，因为硅会吸收大量的红光和红外光，而红光和红外光也会被水吸收，尤其是在纽约大学坦顿工程学院安德烈·D·泰勒教授的变形材料与器件实验室的博士后研究员，研究的作者贾森·A·罗尔说。 “根据我们的指导方针，可以开发出更理想的材料。”
当前，诸如用于探索深海的那些水下车辆受到陆上动力或效率低下的车载电池的限制，从而阻止了较长距离和一段时间内的行驶。但是，尽管已经在陆地和外层空间起飞的太阳能电池技术可以为这些潜水器提供更大的漫游自由，但是水世界却面临着独特的挑战。水会散射并吸收许多可见光谱，甚至在硅基太阳能电池有机会捕获它们之前，即使在较浅的深度也吸收了红色的太阳波长。
以前开发水下太阳能电池的大多数尝试是由硅或非晶硅构成的，它们各自具有最适合于吸收陆地上的光的窄带隙。然而，即使其他波长减小，蓝光和黄光也可以穿透到水深处，这表明传统太阳能电池中未发现的带隙较宽的半导体可能更适合于在水下供电。
在用于收集水下阳光的最佳材料上发光

 
为了更好地了解水下太阳能电池的潜力，Röhr及其同事评估了从大西洋和太平洋最清澈的区域到浑浊的芬兰湖之间的水域，并使用详细的平衡模型来测量每个太阳能电池的效率极限位置。太阳能电池被证明可以从太阳收集能量到地球上最清澈的水域深达50米的深处，而冷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，太阳能电池吸收器在两米深处的最佳带隙约为1.8电子伏特，而在50米深处的最佳带隙约为2.4电子伏特时，性能最佳。这些值在所有研究的水源中保持一致，这表明可以针对特定的工作深度(而不是水的位置)定制太阳能电池。
罗尔(Röhr)指出，廉价生产的有机材料制成的太阳能电池(在弱光条件下表现良好)以及用元素周期表中第3和第5组元素制成的合金在深水中很理想。尽管半导体的实质与陆地上使用的太阳能电池有所不同，但总体设计仍将保持相对相似。
Röhr表示：“虽然必须改变采光材料，但总的设计不一定必须改变那么多。” “传统的硅太阳能电池板，就像您在屋顶上发现的那样，都被封装起来以防止对环境的破坏。研究表明，这些电池板可以浸入水中并在水中运行数月，而不会对面板造成重大破坏。类似的封装这种方法可以用于由最佳材料制成的新型太阳能电池板。“现在，他们已经发现了使有效的水下太阳能电池滴答作响的原因，研究人员计划开始开发最佳材料。
“这就是乐趣的开始!”罗尔说。 “我们已经研究了在水中高度稳定的未封装有机太阳能电池，但是我们仍然需要证明这些电池可以比传统电池更高效。鉴于我们全球同事的能力，我们相信我们将在不久的将来在市场上看到这些令人兴奋的新型太阳能电池。”