新しい光学レンズは、可動コンポーネントなしで複数の方向からの散乱光を収集して集中させ、将来の太陽電池をより効率的にするのに役立つことが期待されています. によって設計された ニーナ・ヴァイディア および オラフ・ソルガード 米国のスタンフォード大学では、このレンズは、連続するガラス層の屈折率の増加のみに依存して光の向きを変えています。 プロトタイプの成功は、ソーラーパネルのタイル化可能な表面として使用できることを示唆しています.
太陽電池の効率を改善するために、多くの研究者が入射太陽光をより小さな領域に集中させる技術に取り組んでいます。 これは、さまざまな高度な光学セットアップを使用して実行できますが、最適な効率を得るには、これらのデバイスを常に太陽に向けて移動する必要があり、これには高価で複雑な追跡システムが必要です。
代わりに、Vaidya と Solgaard は、広範囲の入射角にわたって散乱太陽光を受動的に収集し、それを XNUMX つのスポットに集中させるレンズを設計しました。 設計者によって Axially Graded Index Lens (AGILE) と呼ばれるこのデバイスは、頂点が切り取られた逆四角錐のような形をしています。 これは XNUMX 層のガラス層で構成されており、底に向かって屈折率が徐々に大きくなっています。
この配置のおかげで、光のビームが AGILE の上部にある大きな正方形に入ると、その経路はピラミッドを通過するにつれて下向きに曲がります。 上部でのビームの入射角に関係なく、下部の小さな正方形に達すると、ビームはほぼ垂直になります。 Vaidya と Solgaard はまた、ピラミッドの傾斜面をミラーでコーティングし、レンズから漏れる可能性のある光が内部で反射されるようにしました。
適切な素材を探す
AGILE のプロトタイプ バージョンを構築するために、Vaidya と Solgaard は可能なガラス材料の広範な検索を実行しました。 これらのガラスは、およそ 300 ～ 1200 nm に及ぶ太陽スペクトルの幅広い波長を透過する能力など、一連の厳しい要件を満たす必要があります。 材料は、同様の熱膨張率を示しながら、幅広い屈折率をカバーする必要もあります。
デュオがこれらの条件を満たす光学ガラスのセットを特定すると、レンズのピラミッド形状を切り出して反射アルミニウムでコーティングする前に、層を垂直スタックに結合してプロトタイプを作成しました.
太陽を追う切り紙太陽電池
彼らの最初の実験では、 マイクロシステムとナノエンジニアリング, 研究者は、AGILE が入射散乱光の 90% 以上を透過し、上部の正方形の表面の XNUMX 分の XNUMX のサイズのスポットに集中していることを示しました。 この結果に基づいて、彼らは、ソーラー パネルを AGILE タイルのアレイでコーティングできることを示唆しています。これにより、パネルは XNUMX 日を通して受動的に太陽の光を捉えることができるだけでなく、地球の大気によって散乱された拡散光を収集することも可能になります。
3 人は、次のステップは、スプレー コーティング、成形、XNUMXD 印刷などの技術を通じて、AGILE を大規模に製造する方法を示すことになると報告しています。
