【前言】

太陽能電池是一種將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其單個pn結(jié)電池的理論轉(zhuǎn)化效率約為31%（Shockley-Queisser limit）；而此類電池對太陽輻照光譜的利用率通常小于50％（主要在紫外和可見光區(qū)域），因此單個器件對太陽輻照總能量的利用率小于15％，而大部分能量以熱量的形式耗散。鑒于此，開發(fā)高度集成的一體化器件，在光電轉(zhuǎn)化的同時收集耗散的熱能并進(jìn)一步利用，是一種提高太陽能整體利用率的有效途徑之一。孫立東教授課題組利用金屬鈦管及表面納米管涂層，設(shè)計開發(fā)了“太陽能管”，同時實(shí)現(xiàn)光電和光熱轉(zhuǎn)化，獲得了約25.2％的總能量效率。該研究成果為太陽能的高效利用提供了新思路。

【成果簡介】

近日，重慶大學(xué)孫立東教授、西南大學(xué)張善勇教授（共同通訊作者）等人在Nano Energy發(fā)表了題為“A Solar Tube: Efficiently Converting Sunlight into Electricity and Heat”的研究論文。該論文報道了將太陽能同時轉(zhuǎn)化為電能和熱能的一體化器件：太陽能管。該研究的亮點(diǎn)為：選擇具有等離子體頻率較小的金屬鈦實(shí)現(xiàn)將低能量光子向熱能的轉(zhuǎn)換；利用鈦管表面的納米管陣列消除涂層開裂，并用作電子收集電極；開發(fā)了高透明、高導(dǎo)電性、可轉(zhuǎn)移的PEDOT:PSS/Ag NWs/PEDOT:PSS復(fù)合膜，用作管式太陽能電池的透明導(dǎo)電電極。

【圖文導(dǎo)讀】

圖一：太陽能管結(jié)構(gòu)

(a) 太陽輻照光譜；

(b) 典型金屬反射率曲線；

(c) 太陽能管結(jié)構(gòu)示意圖；

(d) 太陽能電池能級圖。

圖二：太陽能電池電子傳導(dǎo)層優(yōu)化

(a, e) 鈦管表面TiO₂致密薄膜/納米管薄膜示意圖；

(b, c, f-h) 鈦管表面TiO₂致密薄膜/納米管薄膜SEM圖；

(d) 相應(yīng)太陽能電池J-V曲線。

圖三：太陽能電池透明導(dǎo)電電極

(a) 透明導(dǎo)電電極示意圖；

(b-c) 透明導(dǎo)電電極SEM圖；

(d) 可見光透過率曲線；

(e) 透明導(dǎo)電電極性能比較圖。

圖四：太陽能管性能曲線

(a) 管式太陽能電池J-V曲線；

(b) 管式集熱器T-t曲線；

(c-f) 管式一體化器件性能曲線。

論文鏈接：

Xiang, C.; Zhao, X.; Tan, L.; Ye, J.; Wu, S.; Zhang, S.; Sun, L., A solar tube: Efficiently converting sunlight into electricity and heat. Nano Energy 2019, 55, 269-276. 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518308048

來源：材料人