无源聚光器可以提高太阳能电池效率

一种新型光学透镜无需任何移动组件即可收集并集中来自多个方向的散射光，这让人们希望它有助于提高未来太阳能电池的效率。 设计者： 尼娜·维迪亚 和 奥拉夫·索尔加德 在美国斯坦福大学，该透镜仅依靠连续玻璃层不断增加的折射率来重定向光线。 原型的成功表明它可以用作太阳能电池板上的可平铺表面。

为了提高太阳能电池的效率，许多研究人员正在研究将入射阳光集中到较小区域的技术。 这可以通过使用各种先进的光学装置来完成，但为了获得最佳效率，这些设备必须始终面向太阳，这需要昂贵且复杂的跟踪系统。

作为替代方案，Vaidya 和 Solgaard 设计了一种透镜，可以在较大的入射角度范围内被动收集散射的阳光，并将其集中到一个点上。 该设备被设计者称为轴向渐变折射率镜片（AGILE），其形状像一个顶点被切掉的倒四棱锥。 它由八层玻璃组成，折射率朝底部逐渐增加。

由于这种安排，当一束光进入 AGILE 顶部的较大正方形时，它的路径在穿过金字塔时向下弯曲。 无论光束在顶部的入射角如何，一旦到达底部的较小正方形，它就会几乎垂直。 Vaidya 和 Solgaard 还在金字塔的倾斜侧面涂上了镜子，这样原本可能从透镜逸出的光线就会在内部反射。

寻找合适的材料

为了构建 AGILE 的原型版本，Vaidya 和 Solgaard 对可能的玻璃材料进行了广泛的搜索。 这些玻璃需要满足一系列严格的要求，包括能够传输太阳光谱中的广泛波长（大约 300 至 1200 nm）。 这些材料还需要表现出相似的热膨胀率，同时仍然包含较宽的折射率范围。

一旦两人确定了一套满足这些条件的光学玻璃，他们就通过将各层粘合在一起形成垂直堆叠来制造原型，然后雕刻出透镜的金字塔形状并涂上反射铝。

在他们最初的实验中，他们描述了 微系统和纳米工程, 研究人员表明，AGILE 透射了超过 90% 的入射散射光，集中在上方形表面三分之一大小的点上。 基于这一结果，他们建议太阳能电池板可以涂上 AGILE 瓷砖阵列，这不仅可以让电池板全天被动地捕捉太阳光，还可以让它们收集地球大气层散射的漫射光。

两人报告称，下一步将展示如何通过喷涂、成型和 3D 打印等技术大规模制造 AGILE。