葉狀太陽能聚光器或使太陽能效率大飛躍

自 20 世紀 70 年代被髮明以來，發光太陽能聚光器（LSC）一直致力於通過使用發光材料將陽光轉換並聚集到光伏（PV）電池上，以增強對太陽能的捕獲。與依賴鏡子和透鏡的傳統聚光器不同，LSC 可以收集漫射光，並已用於建築集成光伏等應用中，其半透明和多彩的性質具有美學優勢。

然而，將 LSC 擴大到大面積覆蓋這一操作一直具有挑戰性，由於波導內光致發光（PL）光子的自吸收等問題。日本立命館大學的研究人員提出了一種創新的“葉狀 LSC”模型，有望通過增強光向光伏電池的收集和傳輸來克服這些限制。葉狀 LSC 設計通過使用較小的、相互連接的發光組件來解決可擴展性問題，這些組件的功能就像樹上的葉子。

據《能源光子學雜誌》（《JPE》）報道，這種創新的設置包括將發光板圍繞中央發光纖維放置，板的側面面向纖維。

這種排列方式能讓入射光子被板轉化爲 PL 光子，然後這些光子穿過光纖，並在其尖端被光伏電池收集。爲了提高效率，透明的光波導把多根光纖連接到一個光伏電池，有效地增加了 LSC 的入射面積，同時減少了由於自吸收和散射造成的光子損失。

這種 LSC 設計的模塊化方法有好幾個優點。通過減小單個模塊的橫向尺寸，研究人員發現光子收集的效率得到了提高。例如，將方形葉片 LSC 的邊長從 50 毫米減小到 10 毫米，顯著提高了光子收集效率。模塊化設計還能讓在有損壞的單元時輕鬆進行更換，並在有先進的發光材料可用時進行集成。

爲進一步提升系統效率，研究人員將傳統平面 LSC（例如邊緣反射鏡和串聯結構）的技術融入到葉片 LSC 設計裡。他們的實驗表明，這些類似葉片的結構的光學效率能夠依據入射光的光譜和強度，通過使用單點激發技術來進行分析計算。

據《JPE》主編、科羅拉多大學博爾德分校的工程和物理學教授、可再生和可持續能源研究所研究員肖恩·沙欣（Sean Shaheen）所說：“這些發現展示了一種創新的方法，推進了發光太陽能聚光器這一概念，能有效地將陽光導向相鄰的光伏設備。通過將可擴展的、受生物啓發的設計與光學工程的改進相結合，作者提高了其設備的效率，使其更貼合實際應用的需求。”

對 LSC 中光子收集的優化或許能爲更靈活且可擴展的太陽能解決方案指明方向。

這種能量收集方法有可能徹底變革太陽能聚光器的應用方式，讓其在從大規模安裝到建築集成系統等各種用途中變得更高效、適應性更強。隨着技術的進步，它有望顯著提高太陽能系統的性能，併爲更可持續的能源解決方案做出貢獻。