連續飛行多天、又可自發電的無人機？用太陽能熱光電電池或可實現

目前市面大多無人機的續航力不超過 30 分鐘，為了讓無人機飛得更高、看得更遠，用太陽能自發電是否可行？最近美國科學家研發全新的太陽能熱光電池，或許可以讓無人機連續飛好幾天都不成問題。

這種神奇的電池為太陽能熱光電電池（thermophotovoltaics，STPV），雖然名字跟太陽能電池相像，但不管是在運作方法、結構，或是成本都不一樣。

STPV 是由吸收層（absorber）、發射層（emitter）及最下方的太陽能電池組成。其中吸收層由奈米碳管組成，希望可以像黑體（blackbody）吸收所有的太陽能光，而吸收層在吸收陽光後，溫度會逐漸攀升到超越 1,000°C 的超高溫，最後再傳遞到由矽或是稀土構成的放射層。這些放射層能精準控制電磁波特性，發射出特定波長讓最下方的太陽能電池吸收，並將任何不想要的波長反射回來。

▲ 正被石墨發光棒加熱的 STPV。

美國加州大學柏克萊分校團隊相當看好 STPV 的應用，電機工程系教授 Eli Yablonovitch 表示，STPV 結構精巧、效率又高，適用於各種地方，小至 100W 的無人機，大到 100MW、足夠為 36,000 戶住家供電的大型電池都可行。

而實驗中，團隊比較著重在放射層，團隊多年前的研究指出，提高 STPV 效率的祕方並不是讓吸收層吸收更多光，而是如何讓發射層發散出更多光子，因此他們不斷嘗試在太陽能電池背面裝設反射鏡，盼望能再提高轉換效率。

這種方法其實跟鈍化射極與背面太陽能電池有點相像，就以 PERC 技術來說，利用在電池背面形成鈍化層，當作背反射器增加長波光吸收，同時將 PN 極之間的電壓最大化，降低電子複合，進而提升轉換效率。

Yablonovitch 表示，反射鏡可以在太陽能電池內產生紅外發光光子氣體，進而提高電壓。團隊實驗也指出，反射鏡能利用光子氣體重新加熱，再次產生高能光子並提升發電量，大幅提高 STPV 效率。

目前團隊也製作出簡易的金製鏡子並將熱光電效率提高至 29%，覆塗一層電介質層（dielectric layer）後，效率則能進一步增加至 36%，團隊則指出，光是提高反射率就能有如此表現，若是能改良太陽能電池一番，或許能將光熱效率提高到 50%。

團隊指出，在此次研究之前，熱光電效率 15 年來就僅維持在 23%，因此團隊研究可說是一大進展，除此之外，STPV 也是種受看好的輕型替代能源，有望讓無人機連續飛行好幾天、幫助深太空探測器維持運作幾世紀，或是以小小的信封大小，提供住戶電力。

資料來源：https://technews.tw/2019/07/29/thermophotovoltaics-drones/