半导体硅晶圆在太阳能光伏电站上面如何运用？

2018-03-31

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　　一个是半导体材料晶圆，一个是太阳能光伏发电，似乎是没有关联的两个领域，但是在它们相结合的时候，新的希望发生了。最近，美国普渡大学的一项研究成果证明了这一点。

　　说起「晶圆」，半导体行业的人一定不会陌生，它是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于形状为圆形，故称为晶圆。硅半导体集成电路的生产制造工艺，一直都离不开这种基本材料。各种各样的集成电路元器件，也是由它制造而出。

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　　然而，今天要介绍的并不是晶圆工艺的改善，甚至和集成电路的关联都不大。让我们惊喜的是，科研人员通过创新探索，将晶圆作为材料应用于太阳能发电领域，并且带来了让我们意想不到的新作用。

　　他们利用已广泛商用的硅晶圆，修改其结构，使它更加有效地吸收太阳能，并且耐高温，以适应“聚光太阳能”发电厂24小时不停运转的需求。

　　“聚光太阳能”发电系统，一般会利用镜面，将太阳光聚集到“选择性的太阳能吸收器和反射器”上，从而采集和存储能量。为了更加有效采集太阳能，研究人员特别设计了这种低成本的表面材料，它可以选择性地吸收特定频谱范围内的光线，而反射掉其它部分。

　　通过这种硅晶圆结构，研究人员探索出了由硅薄膜制成的选择性吸收器，薄膜的柔性会带来更多的潜在优势，例如可以应用到弯曲的结构，例如聚光太阳能发电系统用到的，像镜子一般的槽式抛物面。这种“槽式抛物面”可在一整天内追踪太阳，集中太阳能达50倍左右。

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　　这种研究旨在推进了全球对于混合能源系统的研究，其中包括太阳能光伏电池、热电设备和蒸汽轮机。太阳能光伏电池能将可见光和紫外线转化为电力，热电设备可以将热量转化为电力，蒸汽轮机则可以利用蒸汽发电。

　　理想地说，这种混合太阳能系统效率超过50%，而作为对比，单独当光伏发电板只有31%。研究人员评估由于“槽式抛物面”带来的太阳聚焦，它能够将光线的51.5%转化为可用的、490摄氏度的高位热量。　　

　　未来的研究包括研究基于「柔性薄膜」的方案，长远的目标是将所有组件集成到一个工作系统中，持续产生电力。这样的系统未来有望应用于大型发电站或者小型住宅系统。