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在常規化石能源日益減少的當下，綠色、取之不盡、用之不竭的可再生能源得到了廣泛應用。其中，因輻射到地球表面的能量巨大，太陽能發電已成為最具潛力的發電技術之一。近年來，太陽能電池技術得到了快速發展，但在充分利用每天可用的太陽光方面，平板太陽能電池仍有諸多不盡人意之處。

沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)微系統工程的研究人員設計了一種新的球形太陽能電池，旨在從每一個角度提高太陽能收集潛力，而不需要昂貴的移動部件來追蹤太陽在天空中的運動軌跡。

這種球形太陽能電池原型是一個微小的藍色球體，它可以像乒乓球一樣輕松地被一只手握住。利用太陽能模擬燈進行的室內實驗已經表明，與具有相同總表面積的平板太陽能電池相比，它可以實現超出15%～100%的功率輸出，具體則取決于將陽光反射到太陽能電池中的背景材料。

圖片來源：Nazek El-Atab/KAUST

據了解，該研究團隊的設計靈感主要來自于自然界。家蠅眼睛的位置和形狀增加了角度視野，所以它們的水平視野可達到270度左右。同樣，球形結構增加了太陽能電池的“角度視野”，這意味著它可以從更多的方向收集太陽光。該研究團隊使用占世界太陽能發電量近90％的單晶硅太陽能電池制造了球形太陽能電池，其目的在于幫助單晶硅太陽能電池實現最大化的光收集潛力，從而進一步降低成本效益，擴大生產規模。

通常，太陽能電池設計是在平坦的表面上制造微小的球形電池（有時由納米線或量子點電池制成），以幫助更好地收集直射和散射的陽光。該研究團隊采用波紋技術，在剛性硅太陽能電池上實現了超柔韌性，這意味著可以讓工業IBC型（叉指式背接觸）硅太陽能電池覆蓋任何形狀，并在任何地方“太陽能化”。因此，相對于微球陣列，更大的球形太陽能電池在收集從背景表面反射的陽光時，可以提供更高的效率和覆蓋率。

圖片來源：Nazek El-Atab/KAUST

用太陽能模擬器燈進行的測試表明，球形太陽能電池在直接暴露于陽光下時，其功率輸出比傳統的平面太陽能電池高出24％；在兩種類型的太陽能電池都開始變熱并且功率效率受到一定損失后，球形太陽能的功率輸出躍升至39％，這表明其在散熱方面可能具有一定優勢；當球形太陽能電池只能在模擬屋頂下收集散射的陽光而不是直接接受陽光照射時，其功率輸出比平面太陽能電池高出60％。在不同的反射背景下進行的其他實驗（包括鋁杯，鋁紙，白皮書和沙子）表明，六角形鋁杯背景材料可使球形太陽能電池功率輸出比平面太陽能電池高達100％。

現階段，球形太陽能電池仍不能替代大規模太陽能發電廠的傳統太陽能電池，但這種特殊的球形太陽能電池設計可以在更多的細分市場應用中找到用途。研究人員指出，目前球形設計的應用似乎非常有限，但是將商業化的太陽能電池制成任何形狀的能力，并用成型的光伏面板為一些自主設備提供完全的動力，將推進光伏技術廣泛應用于諸如物聯網（IOT）傳感器和自動駕駛汽車等設備中。例如，研究人員正在尋找一種覆蓋高爾夫球的太陽能電池設計，以便它可以為高爾夫球內的跟蹤器提供動力。因此，他們認為將這種超柔性太陽能電池設計安裝在建筑物、汽車甚至移動設備中的前景十分廣闊。

基于必須手動折疊并形成球形太陽能電池，沙特阿拉伯的研究人員已經開始設計和開發使用“機器人手”模仿手動折疊來自動化該過程。此外，他們設想建立和測試大型的球形太陽能電池陣列，如為100平方英尺至1000平方英尺的區域創建球形單元陣列，并將功能性和成本優勢與傳統單元進行比較；他們已經在研究類似于帳篷或雨傘的新形狀，以查看它們是否具有優勢；他們還將太陽能電池與具有異常形狀的無人機表面整合在一起。

圖片來源：Nazek El-Atab/KAUST

據了解，制造大型球形太陽能電池，需要研究人員在15％的平面太陽能電池中蝕刻交替的凹槽，以形成類似于中間連接的橢圓形的圖案。使用二氧化碳激光在覆蓋太陽能電池的聚合物硬掩模中創建適當的圖案，并使用深度反應離子蝕刻工具在硅太陽能電池的裸露區域中形成凹槽，通過這些凹槽區域中的彎曲，研究人員才可以將它們折疊成球形。

隨著時間的推移，研究人員發現在世界某些地區球形太陽能電池比平面太陽能電池更受青睞，因為球形設計不易積聚灰塵，并且可能有助于散熱。目前，球形太陽能電池仍有許多未完成的測試，研究人員希望了解球形太陽能電池在一天中不同時間在各種室外和室內照明環境中的性能。同時，他們也希望了解制造此類球形太陽能電池所需的所有處理步驟的“量化成本”，以便更好地了解該技術的商業化潛力。

接下來，他們將球形太陽能電池部署在不同的地理位置，以了解其性能和可靠性，并計劃于2020年底前前往加利福尼亞、孟加拉國、中國、印度、韓國、德國、西班牙、巴西、哥倫比亞、墨西哥、南非、澳大利亞和新西蘭等國家進行現場試驗。