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太阳能电池的这种转变将使自动驾驶汽车更加安全

时间：2022-04-09 14:16:20 来源：

致力于使太阳能电池更具成本效益的工程师最终找到了一种在自动驾驶汽车中制造类似声纳防撞系统的方法。

研究人员说，当他们开始寻找解决太阳能电池领域众所周知的问题的方法时，这两个孪生发现就开始了。

“直升机在无人驾驶汽车上的大幅增加，而激光雷达突然使这一重要性提高了100倍”

太阳能电池从阳光中捕获光子，以便将其转换为电能。电池中的硅层越厚，它可以吸收的光越多，最终产生的电量就越多。但是，硅的巨大消耗已成为太阳能成本效益的障碍。

因此，工程师们想出了一种方法，该方法是如何创建一个非常薄的硅层，该层可以吸收与昂贵材料相比更厚的硅层一样多的光子。具体而言，他们没有将硅平整地放置，而是以一种为轻质颗粒创造更多机会被吸收的方式对硅表面进行了纳米纹理化处理。

与传统的薄硅电池相比，他们的技术提高了纳米结构太阳能电池的光子吸收率，从而使材料的使用更具成本效益。

声纳，但有光

在研究人员分享了这些效率数据之后，自动驾驶汽车的工程师开始询问这种纹理化技术是否可以帮助他们从一种名为LIDAR的避撞技术获得更准确的结果，该技术在概念上类似于声纳，只是它使用光而不是声波检测汽车行驶路径中的物体。

LIDAR的工作原理是发出激光脉冲并计算光子反弹所需的时间。这位自动驾驶汽车工程师了解到，当前的光子探测器使用厚的硅层，以确保它们捕获足够的光子，以准确地映射前方的地形。他们想知道，像在太阳能电池上一样，对硅薄层进行纹理化处理是否会比当前的硅薄层生成更准确的地图。

确实，斯坦福大学工程学院教授詹姆斯·哈里斯（James Harris）和研究生凯赞（Kai Zang）在他们的新论文中确实报告说，其织构化的硅可以捕获的返回光子数量是当今LIDAR接收器的三至六倍。

他们相信，这将使自动驾驶汽车工程师能够设计高性能的下一代LIDAR系统，该系统将在各个方向上连续发出单个激光脉冲。反射的光子将由一系列纹理化的硅探测器捕获，从而创建充满行人的城市人行横道的时刻地图。

2 LIDAR问题

哈里斯说，纹理技术还可以帮助解决自动驾驶汽车特有的另外两个LIDAR问题，即热量和与机器视觉等效的潜在视觉变形。

发生热量问题是因为LIDAR激光设备在长时间使用过程中会发热，从而导致光子波长发生轻微偏移。这种偏移可能导致光粒子从传统的硅反射回来，而传统的硅被制成吸收特定的波长。但是，纳米纹理技术可以吸收广谱的光子，从而消除了这种热转移问题。

对于相当于周边视觉的机器，研究人员认为，可以制造出其纳米结构化硅受体的柔性版本。灵活性将使他们弯曲受体。在那与其纳米结构化表面的捕光优势之间，他们认为LIDAR系统可能会扩大光子的接受角度，以便更完整地识别所有潜在障碍。

哈里斯说，他一直认为Zangs的纹理化技术是改善太阳能电池的好方法。他说：“但是自动驾驶汽车和激光雷达的大量增加突然使这一点变得更加重要100倍。”

研究人员在《自然通讯》杂志上报告了他们的工作。

通过未来


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