叶状太阳能聚光器或使太阳能效率大飞跃

自 20 世纪 70 年代被发明以来，发光太阳能聚光器（LSC）一直致力于通过使用发光材料将阳光转换并聚集到光伏（PV）电池上，以增强对太阳能的捕获。与依赖镜子和透镜的传统聚光器不同，LSC 可以收集漫射光，并已用于建筑集成光伏等应用中，其半透明和多彩的性质具有美学优势。

然而，将 LSC 扩大到大面积覆盖这一操作一直具有挑战性，由于波导内光致发光（PL）光子的自吸收等问题。日本立命馆大学的研究人员提出了一种创新的“叶状 LSC”模型，有望通过增强光向光伏电池的收集和传输来克服这些限制。叶状 LSC 设计通过使用较小的、相互连接的发光组件来解决可扩展性问题，这些组件的功能就像树上的叶子。

据《能源光子学杂志》（《JPE》）报道，这种创新的设置包括将发光板围绕中央发光纤维放置，板的侧面面向纤维。

这种排列方式能让入射光子被板转化为 PL 光子，然后这些光子穿过光纤，并在其尖端被光伏电池收集。为了提高效率，透明的光波导把多根光纤连接到一个光伏电池，有效地增加了 LSC 的入射面积，同时减少了由于自吸收和散射造成的光子损失。

这种 LSC 设计的模块化方法有好几个优点。通过减小单个模块的横向尺寸，研究人员发现光子收集的效率得到了提高。例如，将方形叶片 LSC 的边长从 50 毫米减小到 10 毫米，显著提高了光子收集效率。模块化设计还能让在有损坏的单元时轻松进行更换，并在有先进的发光材料可用时进行集成。

为进一步提升系统效率，研究人员将传统平面 LSC（例如边缘反射镜和串联结构）的技术融入到叶片 LSC 设计里。他们的实验表明，这些类似叶片的结构的光学效率能够依据入射光的光谱和强度，通过使用单点激发技术来进行分析计算。

据《JPE》主编、科罗拉多大学博尔德分校的工程和物理学教授、可再生和可持续能源研究所研究员肖恩·沙欣（Sean Shaheen）所说：“这些发现展示了一种创新的方法，推进了发光太阳能聚光器这一概念，能有效地将阳光导向相邻的光伏设备。通过将可扩展的、受生物启发的设计与光学工程的改进相结合，作者提高了其设备的效率，使其更贴合实际应用的需求。”

对 LSC 中光子收集的优化或许能为更灵活且可扩展的太阳能解决方案指明方向。

这种能量收集方法有可能彻底变革太阳能聚光器的应用方式，让其在从大规模安装到建筑集成系统等各种用途中变得更高效、适应性更强。随着技术的进步，它有望显著提高太阳能系统的性能，并为更可持续的能源解决方案做出贡献。