安徽中徽豫实业有限公司:未来的太阳能电池

说到最干净的能源，除了水力和风力发电以外，最为人所知的就是太阳能了。

原则上，从太阳倾泻而来的能量泛滥到可以满足世界的力量需求许多次。在美国，已经安装的太阳能光伏（PV）面板的总功率容量约为60千兆瓦，预计在未来5年内将增加一倍，而中国仅在2017年就增加了近60千兆瓦的光伏容量。与此同时，光伏电池板技术的改进也降低了太阳能发电的价格，使其与世界上许多地方的其他电源相比开始具有成本竞争力。

如果最新的光伏技术可以合作，那将会比以往更有效地捕获太阳能。

但是大多数光伏电池板依赖于由半导体硅晶体制成的电池，这通常只将太阳能中约15％至19％的能量转换为电能。而且即使经过几十年的研究，这种效率的进一步改进也是难以实现的。

所以近期科学家们也开始琢磨着找寻新的技术和材料，希望让新材料和光之间魔法的结合可以为我们提供更有效的太阳能利用率。

一般来说，硅层需要约200微米厚才能吸收撞击它的大部分光。但是其他材料的吸收更强，并且形成仅几微米厚的有效光收集层。这使得基于这些材料的电池可能更便宜并且制造能耗更低。其中一些薄膜技术已经很成熟。碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CIGS）占当今全球光伏市场的5％左右。已上市的CdTe面板最近与硅的效率和成本相匹配，但仍有改进的空间。

因此，研究人员正在研究其他大量材料，比如由简单成分大量合成的有机分子（聚合物和染料）就有机会在PV电池中形成光吸收层。与硅不同，有机电池是灵活的。因此，它们可以很轻松地在屋顶上铺开或粘在其他表面上，再也不需要使用沉重的玻璃板了。

有机太阳能电池可能很便宜，但电池的价格只是经济等式的一部分。真正的问题底线称为平均电力成本（LCOE）：即在整个装置的整个生命周期内每千瓦时的成本。所以，关于这部分研究人员还在努力改善两个重要的投入：面板的寿命和功率效率。

尽管钙钛矿和其他新型PV材料的效率不断提高，但它们的性能都面临着根本的限制。在硅中，释放束缚电子所需的能量为1.1电子伏特。具有低于该能量的光子不能产生电荷载体，所以它们才被浪费掉。而超过该能量的光子就可以产生载流子，但是过高的能量也是会作为热量而损失。

新型光学器件可以从太阳光中获得更多的能量，比如纳米结构材料可以提供更好的抗反射涂层，使更多的阳光进入太阳能电池。当电子和空穴重新组合时，它们也可用于限制辐射的浪费，而且由纳米线网格制成的电极几乎可以完全透明。

目前，我们尚不清楚这些技术中的哪一种将可以为我们创造未来，但这种势头似乎势不可挡。

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