石（shí）墨製品的發展與2019年太陽能（néng）電池技術的進展

42.3%。這是2010年10月6日，美國Spire半導體公（gōng）司宣布的（de）最新成果。該公司研發的三結砷化镓（GaAs）太陽電池峰值效率達到了42.3%，聚光條件相當（dāng）於（yú）406個（gè）太陽。

　　據悉，這款電池平台（tái）已經可以投入商業使用。 

  

　　一般來說，太（tài）陽能電池的光電轉換效率隻有（yǒu） 20%~30%。在此之前（qián）的世界紀錄是波（bō）音全資子公司Spectrolab在2009年8月生產出的（de）一款實（shí）驗（yàn）電池，轉換率達到41.6%。 

  

　　2010年11月22日，另一項新紀錄誕生（shēng）。Spectrolab宣布，其（qí）開發的最新型（xíng）地麵用太（tài）陽電池C3MJ+已（yǐ）經開始批量生產，該係列太陽電池的平均光電轉換效率可達39.2%，這是（shì）目（mù）前已量產的太陽能電池中（zhōng）轉換效率最高的。 

  　　佐治亞理工學院教授王中林也正在試驗類似的以光（guāng）纖為基礎的有機電池（chí）。他的（de）實（shí）驗室研發了一種含有光纖和附著在光（guāng）纖外壁上的氧化鋅納米線的（de）混合電池。盡管還沒成功，王中林預計這（zhè）種方法能將（jiāng）效率提高6倍。

　　在最（zuì）新一期《納（nà）米通訊》上，勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校擔任聯席職位的化學家Ali Javey和他的小組報告說，他們開發的納米柱陣列的吸光性不亞於甚至超（chāo）過商用薄（báo）膜太陽能電池，但隻使用非常少（shǎo）的半（bàn）導體材料。 

　　多結太陽能電池通常用在聚（jù）光型光伏（fú）（CPV）應用方麵。在2010年，獲得突破的不（bú）僅僅是多結太陽能電池，在太陽（yáng）能技術發展的各個方麵都（dōu）獲得了很多進展（zhǎn）。  

  

　　讓太陽能電池捕捉更多陽光  

  

　　提高太陽能電池轉換效率是科學家永恒的課題。目（mù）前，科研人員（yuán）都在努力研究提高有機薄膜電池效率的化學過程。 

  

　　如日本秋田大（dà）學的研究小組開發出了（le）將（jiāng）紫外線轉換成可（kě）視光、對可視光呈透明狀態的有機材料。旨在使目前（qián）太陽能電池未能（néng）有效利用的紫外線能夠用於光電轉換，以此來提高轉換效率。 

  

　　據悉，將該材料塗布（bù）在非結晶Si型薄膜太陽能（néng）電池上時，轉換效率比原（yuán）來的數值提高了9％，用在轉換效率為20％的太陽能電池上，有望實現22％的效率。 

  

　　2010年還有很多（duō）從結構上提（tí）高效率的嚐試。 

  

　　如日本京瓷公司采用先（xiān）進方法形成高品質的微（wēi）晶矽，疊加非晶矽層和（hé）微晶矽層的串聯構造的薄膜矽太陽能電池（chí）實現13.8％的轉換效率。 

  

　　而多位美國科學家（jiā）進行了通過增加表麵吸光能力提高電（diàn）池效率的嚐試。 

  

　　標準平板電池（chí）的問題在於，不論它是用有機（jī）還是無機材料製成的，部分陽光會通過反射損失掉。為了減少這個（gè）損失，電池製造商將電池塗上了抗反射（shè）塗層（céng），或者蝕刻電池的表麵以增加光子吸收。  

　　美國維克森林大學的物理學教授David Carroll通過在構成電池基礎的聚（jù）合物基質上加上一層垂直的光纖作（zuò）為陽光捕捉裝置。這層光纖像粗糙的胡子茬一樣從表麵突出。陽光能從（cóng）任何（hé）角度進入光纖頂（dǐng）端，光子在光纖內部彈跳，直到它們被周圍的有機電池（chí）吸收。實驗發現，光（guāng）纖大約增加了一（yī）半的太陽光（guāng）吸收，理論上說，效率能超過15%。這使得有機光伏技術能夠（gòu）與矽電池競爭。 

  

  

  

　　該貼紙（zhǐ）的表麵是壓印有微觀結構的聚合物薄膜，能夠改（gǎi）變入（rù）射光的方向（xiàng），增加了（le）陽光被吸收的幾率，提高電池效率。美國國家可再生能源實驗室的測試表明，這種（zhǒng）薄膜可以使輸出功率平均增加4%～12.5%。 

  

　　另外，總部位於加利福尼亞州的（de）Innovalight公司研發了一種壓印（yìn）矽納米粒子（zǐ）的方法，可以提高傳統晶體矽太陽能電池板吸收（shōu）陽光的量。 

  

　　實際上，納（nà）米級的線、孔（kǒng）隙、凹凸塊以及其他紋理都能極大改善太陽能電池的性能。但挑戰在於如何擴展到大麵積區域，許多方法太複（fù）雜而且不能解決這個問題。 2010年（nián）7月，斯坦福大學材（cái）料科學和（hé）工（gōng）程係教授崔屹領（lǐng）導的研究團隊發明了一（yī）種更簡單、廉價（jià）的方法來創造（zào）大麵積納米（mǐ）級紋（wén）理。 

  

　　在《納米快報》上，崔屹報告他的團隊製成了超疏水表麵和概念驗證的太陽能設備。為了製造太陽能電池，研究人員把（bǎ）金屬和非（fēi）晶矽沉（chén）澱到凹凸（tū）不平的表麵上。結果是，與使用同等數量材料的平整表麵相比，它能多吸收42%的光線。崔屹希望納米級的紋理使得用很少的材料製造高效薄膜太陽能電池成為可能。 

  

　　“這項研究展示了一種簡單但有效的方法，實現在大麵（miàn）積區域內可控（kòng）地聚集納米球。”Ali Javey說，“這可能是一條通往更高效薄膜太陽能電池（chí）的道路，而不提高成本及生產工藝的（de）複雜性。”  

　　新型太陽能電池係統頻出  

  

　　一家名（míng）為Cogenra Solar的公司（sī）在加州北部一座葡萄酒廠中安裝了新型的太陽能電池板。這（zhè）組電池板結合了傳統的太陽能光（guāng）伏電池和一套餘熱（rè）收（shōu）集係統（tǒng），能同時產生電力和熱（rè）能（néng）。 

  

　　實際上，美國還有很多科研團隊在研發類似技術，都把目光放到了光伏之外，希望開發出（chū）太陽能的其他潛力。不過，這些技（jì）術都還處在研發初（chū）期。 

  

　　2010年8月，斯坦福大（dà）學工程師提出同時利用光伏和光熱發（fā）電工藝並證明其可行。該過程被稱為（wéi）“光子增強熱電子（zǐ）發射”或PETE。 

  

　　由於太陽能電池中的活性材料（liào）隻能與特定的光譜發生反應，大多數的矽太陽能電池隻能將陽光中15%的能（néng）量轉化為電力，而一半以上太陽能以熱（rè）量的形式浪費掉了。 

  

　　到目前為止還沒有研究（jiū）人員能掌握一種同時兼顧熱能利用（yòng）與光電轉換（huàn）的技術。斯坦福大學材料科學與工程副教授Nick Melosh的（de）研究小組選擇了一種塗覆有銫金（jīn）屬薄層的氮化镓半導體材料，這種（zhǒng）材料能夠同時利（lì）用光（guāng）和熱來發電，比現有的太陽電池技術效率翻番。 

  

　　Melosh 估計PETE 過（guò）程在陽光聚光（guāng）情（qíng）況下可達到50%的效率（lǜ）或更高，而如果與熱轉換循環相結合甚或可以達到60%，這幾乎是現有係統轉換效（xiào）率的3倍。該小（xiǎo）組的研究成果發表在2010年8 月1日的《自然—材料學（xué）》上。 

  　　Javey 說:“隻要2微米高，我們的納米柱陣列就能夠吸收99%的光子，波長範圍在300到900納（nà）米之（zhī）間（jiān），也不必依賴任何抗反射塗層。” 

  

　　還有一些研究人員致力於研究（jiū）新型的（de）抗（kàng）反射太陽能（néng）電池塗層。如（rú）加州理工學院（yuàn）教授Harry Atwater和同事通過在納米和微觀層麵精確地裁製材料結構，創造出幾百納米厚的（de）金（jīn）屬薄膜。Atwater表示，此項目的目標是使薄膜的折（shé）射（shè）率（lǜ）恰好等於空（kōng）氣的折射率，這（zhè）種物質不會使任何光線彎曲，而會無反射地完全傳導。 

　　縱（zòng）觀這些（xiē）方（fāng）法，都是由納米微（wēi）粒組成的新型表麵讓太陽能電池捕捉更多陽光，來（lái）彌（mí）補有機薄膜太陽（yáng）能電池的天生不足。

　　同樣是提高表麵（miàn）吸光率，美國一家（jiā）叫做Genie Lens的小（xiǎo）型新（xīn）創公司所研發的技術聽起來更簡單——隻需把一張透明貼紙貼（tiē）在（zài）太陽能電池板表麵（miàn），就能增加輸出功率。該技術不僅成本低廉，還可以（yǐ）用到已安裝好的電池板（bǎn）上，並且（qiě）可（kě）以應用於任何種類的（de）太陽（yáng）能電池板——包括多晶矽和薄膜太陽能電池板。 

　　美（měi）國麻省理工（gōng）學院的研究人員於2010年10月（yuè）25日宣（xuān）布，他們（men）精確地揭示了二釕富瓦烯（fulvalene diruthenium）分子的工作原（yuán）理。這將有（yǒu）助於科學家研發出存儲和釋放熱能而不是（shì）電能的新型電池（chí）。 

  

　　二釕富瓦烯分子被太陽光等照射後，會吸收電（diàn）磁波，從（cóng）外部（bù）對其進行輕微加熱，或者（zhě）添加某種催（cuī）化劑，該分子便會在200℃左右的溫度下發熱，然後還原為發生變（biàn）化之前的構造，並可多次重複。因此，從原理（lǐ）上講，使用二釕富瓦烯製造的電池可（kě）按需存儲和釋放熱能。但（dàn）是，釕存在著稀缺性和成（chéng）本高兩個問題。通過這項研究，科學家（jiā）可（kě）尋找比釕更便宜的替代品。 

　　在美國加州大學，新型石（shí）墨烯有機太陽能電（diàn）池問（wèn）世。雖然石墨烯有機太（tài）陽能電池的（de）光電轉化效率比不上矽太陽電（diàn）池，但它造價低，並且柔韌性好，因此應（yīng）用前景看好。例如可做成發電窗簾，甚至發電衣服。

　　而在麻省理工學院，2010年10月，研究人員展示了他們的紙一樣薄的太陽能電池板（bǎn）樣品，薄到甚至可以用打印機打印。雖然這些早期樣品（pǐn）的轉（zhuǎn）換率很（hěn）低，但同石（shí）墨烯太陽能電池一樣，應用前景廣闊，可以貼在（zài）窗戶或者筆（bǐ）記本電腦（nǎo）上（shàng）。研究人員認為，該技術5年（nián）內能夠實現商業化。  

  

　　此外，一（yī）個來自加拿大阿爾伯特大（dà）學和國家納米技術研究院的（de）研究（jiū）小（xiǎo）組將塑料太陽電池的使用壽命從幾（jǐ）個小時擴展到了8 個月。 

  

　　沙漠是安放太陽（yáng）能電池板（bǎn）的最佳地（dì）點之一。但（dàn）是沙漠的風沙也會阻擋電池板吸收陽光。如阿聯酋的一個大型10兆瓦太陽能發電廠就因為沙塵暴而使電力生產減少了40%。 

  

　　波士頓大（dà）學教授Malay Mazumder的研究小（xiǎo）組提供了一種新技術——自（zì）我清潔的太陽能電池板。這是美國宇航局資助的兩種太陽能電池板清潔技術之一，未來可能會服務於火星（xīng）探測器。 

  

　　該係統利用了塵埃（āi）粒子在幹燥的環境中帶電的原理，使得它們在與電池板接觸後被快（kuài）速除去。據悉，這套係統能（néng）在兩分（fèn）鍾的循環裏除去90%的塵埃。 

  

　　2010年9月，據BBC報（bào）道，麻省理工學院研發出一種微（wēi）型太陽能電池，它隻有幾（jǐ）十億分（fèn）之一米長，可進行自我修複，延長太（tài）陽能電池壽命。 

  

　　據介紹，該太陽能電池主要由蛋白質、極少量的碳和其他材料（liào）製成，可將太陽光轉換成電荷進行供電。由於太陽能夠提供源源不斷的光線（xiàn），這個設計和改進讓科學界為之興（xìng）奮。  

  

　　成本降低（dī）是王道（dào）  

  

　　在（zài）效率和性能提高的同時，隻有降低（dī）成本才能推廣應用。 

  

　　三菱（líng）重工2010年建設的新一代薄膜太陽能（néng）電池生產線的目標是年（nián）產量達到50MW，轉換效率達到15％。他們估計，2020年之前模塊的製（zhì）造成本可降至（zhì）75日元/瓦。 

  

　　此外，尚德還聯手幾家國際公司尋找微型逆變器。這是另（lìng）一項電子技（jì）術，也（yě）將會（huì）提高光伏係統的（de）功率。 

  

　　《技術評論》認為，中國尚德集團是全球最大的晶體矽太陽能係統生產商，他們發現很難（nán）有進一步的提高，所以太陽（yáng）能創新（xīn）已轉移到（dào）電子產品上（shàng）。 

  

　　太陽能分析師Eric Wesoff說：“工程師們在最大限（xiàn）度地采用其他辦法提高（gāo）光伏電池的效率，他們更願意嚐試不同的電（diàn）子（zǐ）產（chǎn）品。” 

　　成本的降低將幫助太陽（yáng）能應用走向更廣闊的空間。 

  

　　2010年1月初，豐田旗下子公司宣布開發出了依靠（kào）太陽能電（diàn）池的提供（gòng）給插電式混合動力車及電動汽車充電的太陽能充電站，目前已獲得愛知縣豐田市采用。 

  

　　據介紹，這種（zhǒng）太陽能充電站裝有太陽（yáng）能發電係統和蓄電設備，並與商用電網連接。太陽（yáng）能發的電剩（shèng）餘時，可在設置充電站的建築物內使用，或出售（shòu）給（gěi）電力公司。當發生災害時，還可作為應急電源。 

  

　　在美國，紐約（yuē）也在2010年建起了（le）第一座太陽能電動（dòng）汽車充（chōng）電站。