如何把激光轉換為電能？

01-24

最近在網上看見戰鬥民族用激光為1.5千米外的手機成功充電，就在想有沒有可能自己做一個類似，距離不用那麼遠，主要是現在想不清楚如何在接收端把激光轉化為電能。第一次提問，見諒！

初入激光研究領域，淺談一下自己的想法。

一、任何一種技術，必須具有理論可行性，實驗可操作性和實際應用需求，這種技術開發才有意義。我們研發一種技術總是以實際需求為導向的，或者說我們首先需要思考將激光轉換為電能有什麼意義？

1、我國光伏產業現狀

首先，光電轉換的應用有哪些？

光電轉換器件和太陽能電池。

利用光電效應做成的器件無非是光敏電阻、光電二極體、光電三極體和太陽能電池（硅光電池）。光電二極體主要用於近紅外探測器及光電轉換的自動控制儀器中，還可以作為光導纖維通信的接收器件。而光電三極體比光電二極體有更高的靈敏度。這類應用基本上是把光能轉換成微弱的電流直接用於儀器運轉或者電信號的產生。

其次，我們現在考慮如何大面積使用和高效率使用這種光伏電能，這就需要在太陽能電池身下下功夫了。

我國是光伏產業大國，但是主要技術和國外還有很大差距。

我們先來了解一下太陽能電池的分類：

可見用於光伏研究的材料也有很多，其中多晶硅應用最廣泛。現在使人最頭痛的關鍵技術問題是轉換效率。

不考慮實際應用及產業化，聚光材料太陽能電池轉換效率高達百分之63，有人很興奮，其實聚光光伏（CPV）是指將匯聚後的太陽光通過高轉化效率的光伏電池直接轉換為電能的技術，並沒有從材料本身提高轉換效率。但在實際技術上達到的效率也已經比傳統的材料要高很多。

有幸聆聽中科院化學所李永舫院士的報告，了解到李老的課題組研究的是聚合物太陽能電池光伏材料，包括共軛聚合物給體和受體光伏材料，新型富勒烯衍生物受體光伏材料，可溶液加工有機分子光伏材料等，經過十幾年的辛苦研究，這種聚合物材料的轉換效率最高才達到百分之11！之所以研究這種材料的光電池，是因為其性能堪比非晶硅光電池的作用，而且製造簡單、成本低廉！具有發展應用前景。

2、為什麼光電池轉換效率這麼低？

A、材料吸收效率問題。因為太陽光是多個頻率光的組合，而特定的材料對不同頻率的光吸收效果不同，導致一部分光能的損耗。當然材料本身也有散射損耗等。

B、實際技術手段問題。不同的聚光方法或者收集電子的方法不同，影響光能轉換效率。

C、沒有新的理論支持。這個不多說了，如果有新的理論應用到這方面，不得諾獎我剁手。

二、將激光轉換為電能是否可行？

說了挺多，想讓大家對比光電池的技術應用，來思考一下激光轉換為電能是否可行。

1、理論角度。理論上肯定是可行的，一般來說產生的激光具有單色性好，亮度高，相干性好等其他光源沒有的特性。這些特點都決定了轉換效率高低的問題，比如我們可以找來一種對某種單頻激光吸收效果好的材料，這樣材料的吸收損耗肯定會降低不少；我們還可以將脈衝頻率調到一定強度，實現較大面積掃描，就像激光清洗技術那樣。

2、實驗角度。根據我們的討論，想要實現這一過程就需要考慮一些問題。我在這裡簡單的列舉一下：

A、激光模式問題。先不說選模和鎖模技術，輸出單頻激光和輸出光斑的大小是矛盾的。如果光斑太小，能量過於集中，有可能破壞材料結構。（材料都爛了，要什麼自行車~）

B、激光輸出功率問題。功率偏小的話，先不說轉換效率問題，最後獲得的電能就那麼點兒，並沒有什麼卵用。功率偏大的話，材料是否可以承受？

C、激光作用面積問題。我們可以提高脈衝頻率進行掃描，在保證功率相同的情況下，激光器掃描速度也要提高。

D、激光束產熱問題。我們都知道，激光束能量集中，與材料作用時，會產生很高的熱量，這也是破壞力驚人的一個因素。還有用什麼冷卻方式呢。

E、光電轉換材料問題。如果有這樣的材料，為了避免激光破壞材料，我們可以在材料表面先塗上一層吸收率較高的材料，使激光束工作在既不破壞表面材料又可以使吸收率匹配的臨界點，就像激光熔覆技術一樣。只是材料難找而已。

3、實際技術角度。實際生產應用中，假設我們理論上式完備的，可以生產出來這一套東西，但是我們還要關注更大的問題：

A、生產成本問題。這個不多說。

B、材料合成問題。找材料是相當的困難，難道也想用晶體嗎？固體激光器中的工作物質就是晶體，這些嬌貴的晶體生產出來成本很高的，而且很容易損壞。

C、工業用電問題。這個就有點尷尬，激光器運轉用電是否比最後產生的電量還要高？

可見，把激光轉換成電能從原理上說是可以的，只是這麼一分析我們發現，激光作為一種很優秀的光源，在這個方面確是無能為力的。不知道跑題了沒。。。

相關方面的知識，有興趣的童鞋可以一起討論~

他就不能找個充電器............................................

用硅光電池可以打出幾伏電壓，就是不知道電流有多大。原理就是半導體的光生載流子，和太陽能電池差不多吧，主要是激光發散角小，能量集中，如果波段在光電池的吸收帶的話效率比太陽能高多了。

目前看這光電轉化效率還是挺捉急，不過也不能一棒子打死，畢竟火車剛發明的時候還不如馬車快。

先佔個坑，坐等大神的回答～

天冷了，工程又遇到一樁麻煩事。

適應寬溫工作的532nm集成封裝激光二極體已經投放市場了，我們單位材料員還不知道，仍是採購回一批0℃左右就趴窩的老器件。

激光器工作介質很多，集成封裝涉及電子、光學、機械、材料、密封等諸多專業技術；而寬溫則要求元器件滿足炎熱夏季和寒冷冬季的穩定運行，要想有所突破真的很難。

在網上看到，依鐳社幾個年輕人啃下了532nm集成封裝激光二極體寬溫運行的硬骨頭，據稱，這項技術在國內外同行處於領先地位。

年輕人有知識、有朝氣，他們研發出來的532nm集成封裝激光二極體是通過紅外激光倍頻產生的，不隨溫度變化，波長變化只有±1nm；窄帶光譜、色純度高、單色性強；發散角度小、低功耗節能；調製信號、高功率輸出；它可以在-20℃~+45℃寬溫環境下正常工作，滿足複雜氣候環境下的使用。

採購物品可得慎重，貨比三家、贏在當下。

支持苗張旺，最簡單的方法，淘寶買個太陽能電池板就能把光轉換為電。

光電轉換器件最常見就是太陽能電池，激光再怎麼說也還是光，也能被太陽能電池轉換。的確具體到技術細節就像苗張旺說的還要費點功夫查查。

文獻也有研究的，如下，就不放連接了

Electric power transmission

Wireless power transmission

Both Nikola Tesla and Hidetsugu Yagi attempted to devise systems for large scale wireless power transmission in the late 1800s and early 1900s, with no commercial success.

In November 2009, LaserMotive won the NASA 2009 Power Beaming Challenge by powering a cable climber 1 km vertically using a ground-based laser transmitter. The system produced up to 1 kW of power at the receiver end.

In August 2010, NASA contracted with private companies to pursue the design of laser power beaming systems to power low earth orbit satellites and to launch rockets using laser power beams.

Wireless power transmission has been studied for transmission of power from solar power satellites to the earth. A high power array of microwave or laser transmitters would beam power to a rectenna. Major engineering and economic challenges face any solar power satellite project.