螺旋藻(Spirulina platensis)的光学与介电特性及其在太阳能技术中的应用潜力

《Scientific Reports》：Design and evaluation of a Spirulina-based bio-layer as an infrared absorber to improve the power (I-V) performance of solar cells at high temperatures

　　

摘要

本实验研究探讨了Spirulina platensis的光学和介电特性，以探索其在清洁能源技术中的潜力。为表征和评估该微藻的光学和光电参数，采用了一系列分析技术，包括场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、漫反射光谱（UV-DRS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。S. platensis粉末样品的FE-SEM成像显示其具有广泛的粒径分布，范围为13 nm至16 μm。通过Kubelka-Munk函数和Kramers–Kronig（K.K）关系，从250–680 nm波长范围的UV-DRS测量中提取了关键光学参数，包括折射率（n）、消光系数（k）、吸收系数（α）、介电常数的实部和虚部（ε?和ε?），以及光学电导率（σ?和σ?）。光学带隙测定为2.34 eV。FT-IR分析将研究扩展至红外区域，揭示了S. platensis具有强光学吸收特性，凸显了其在热能捕获和能源管理方面的潜力。根据这些结果，在受控温度条件下，通过施加不同厚度的S. platensis生物层评估了太阳能电池的电流-电压（I-V）性能。研究采用了红外和可见光两种光源。值得注意的是，在高温环境（如沙漠地区，环境温度超过50 °C，通常会降低太阳能电池效率）中，S. Platensis生物层起到了光学滤波器的作用，有助于稳定I-V性能。总体而言，研究结果强调了S. platensis凭借其独特的光学和介电特性增强太阳能应用的潜力。