来自西班牙哈恩大学和圣地亚哥德孔波斯特拉大学的科学家进行了研究，以确定最适合陆地和水下环境中高功率光传输的半导体材料。
HPOT，也称为激光功率传输，是一种使用单色光源通过光学光伏转换器将连续功率传输到远程系统的方法。
“在未来的一年里，我们的目标是开始制造基于氮化铟镓和氮化铝铟的OPC作为概念验证，为超越迄今为止报道的最大效率奠定基础，”研究员Pablo Sanmartín告诉PV杂志。
该研究小组确定了高功率光无线传输的潜在目标，包括远程移动电子设备，如小型飞机、无人机、机器人、卫星，以及水下无线电力传输中的应用，以提高自主水下航行器的运行能力。然而，他们指出，目前的系统效率被限制在20%左右。
迄今为止，基于砷化镓的 OPC 在 HPOT 研究中使用最多，因为它们被认为是成熟和成熟的。然而，这种材料的串联电阻损耗相对较高。因此，研究人员提供了III-V族InGaN和InAlN宽带隙半导体作为潜在的OPC材料，因为它们可以匹配水的最佳波长范围。
他们的建模考虑了三种类型的复合机制，并通过将GaAs的结果与科学文献的经验结果进行比较来验证。
研究人员说：“所获得的结果之间的一致性是值得注意的，在所有参数和输入功率密度下，相对误差保持在1.6%以下。
该小组进行了一系列测试，发现GaAs在70 Wcm-2时的最大效率为67.3%，InGaN在75 Wcm-2时为70.6%，InAlN在150 Wcm-2时为70.3%。在大气中，InGaN在10 km内的效率最高，范围为70.5-65.3%，而InAlN的效率为70.3-65.1%。在压缩条件下，GaAs结果较低，为67.3%至62.4%。
当介质为水时，氮化物也显示出更好的结果。InGaN 在 100 米处实现了 9.8% 的整体效率，而 InAlN 的全局效率为 8.6%。相比之下，砷化镓的结果要差得多，在仅1米处效率下降到2.4%。
“这种半导体实际上无法用于水下应用，”学者们说。“值得注意的是，在20米的距离上，氮化物基OPC的全球效率仍然超过46%。
该研究小组表示，氮化物可能会在相同的时间内产生大约十倍的能量。它们在 1000 Wcm-2 的极光强度下表现出超过 63% 的高效率。相比之下，GaAs在100 Wcm-2时的最高可实现效率约为67.3%。
他们解释说：“这种增强主要归因于强照明下串联电阻损耗的降低，从28%降低到14%左右，这是由于使用更高能隙材料导致电流密度降低。
他们在最近发布在《太阳能材料和太阳能电池》上的“用于高效空气和水下光学光伏发电传输的宽带隙III-V族材料”中描述了他们的发现。
“值得注意的是，这些设备的潜在制造受到在此过程中可能出现的技术制造限制的限制，因为以足够的质量生长半导体，达到所需的掺杂水平或避免层之间的晶格不匹配，”研究人员说。“该过程的可行性还取决于是否提供首选波长或类似波长。此外，单色光源应该能够提供如此强烈的功率密度，并保证光束在所考虑的距离内具有可操作的角度色散。
