Radiative cooling of solar cells with scalable and high-performance nanoporous anodic aluminum oxide

材料科学 辐射冷却 太阳能电池 发射率 透射率 纳米孔 光电子学 太阳模拟器 光学 纳米技术 气象学 物理
作者
Huajie Tang,Zhihua Zhou,Shifei Jiao,Yunfei Zhang,Shuai Li,Debao Zhang,Ji Zhang,Junwei Liu,Dongliang Zhao
出处
期刊:Solar Energy Materials and Solar Cells [Elsevier BV]
卷期号:235: 111498-111498 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.solmat.2021.111498
摘要

Photovoltaic performance can be efficiently enhanced by improving the transmittance of solar cell cover, but the heating from unavailable solar irradiation has significantly adverse impact on both efficiency and reliability of solar cells. Radiative cooling can passively dissipate heat to the cold space (∼3 K) through the atmospheric window (8–13 μm). In this work, we reported a high-performance and scalable radiative cooler for solar cells using nanoporous anodic aluminum oxide (AAO). More specifically, the fabricated AAO cooler exhibited a near-unity infrared (IR) emissivity of ∼0.97 (weighted with the IR emission intensity of 298 K blackbody) in the atmosphere window, while maintaining an excellent solar transmittance over 0.94. Moreover, radiative cooling experiments showed that the porous cooler can cool bare silicon wafer by ∼7.5 K under a solar irradiation of ∼850 W/m2 in humid areas (humidity ∼70%). More importantly, concentrating the solar irradiation of ∼554 W/m2 with 50 times Fresnel lens, the cooler can achieve a maximum temperature drop of ∼35.6 K without wind cover even in a cloudy day. To further reveal the practicality of proposed AAO cooler, performance modeling of single-junction crystalline silicon (c-Si) solar cell encapsulated with the AAO cooler has been developed. Compared with commercial solar cells, the improved annual output electricity of the solar cell with AAO cooler can reach ∼16.5 kW h/(a∙m2).
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