俄羅斯獨(dú)創(chuàng)全天候光電技術(shù)裝置——星電池

■ 吳州

俄羅斯發(fā)明的世界獨(dú)一無(wú)二的星電池 (如圖1)轟動(dòng)科學(xué)界。它是獨(dú)創(chuàng)的全天候光電技術(shù)裝置，在光電轉(zhuǎn)換效率、經(jīng)濟(jì)成本和性價(jià)比方面是目前世界上利用太陽(yáng)能進(jìn)行光伏發(fā)電和光熱發(fā)電的技術(shù)裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能比擬的。

該裝置不依賴于天氣條件(如云量水平)，在白天和黑夜情況下全天候地將可見(jiàn)光(如太陽(yáng)光)和不可見(jiàn)紅外幅射光(如星光)轉(zhuǎn)換為電能。該裝置在白天可見(jiàn)光條件下，光電轉(zhuǎn)換效率為54%；在紅外光譜條件下，為31%；光子流比現(xiàn)行太陽(yáng)電池高4倍；發(fā)出1W電能的裝置重量比現(xiàn)行太陽(yáng)電池小1000倍。星電池的成本比所有現(xiàn)行太陽(yáng)電池裝置的成本低許多。

星電池是相對(duì)太陽(yáng)電池的稱謂。其意義在于強(qiáng)調(diào)它不僅能利用白天太陽(yáng)的光能，甚至連夜間星星微弱的光和其他不可見(jiàn)光的光能都可以轉(zhuǎn)換為電能。

現(xiàn)行太陽(yáng)能發(fā)電有光伏發(fā)電和光熱發(fā)電二種。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率較低，我國(guó)試驗(yàn)室光伏電池的效率為21%；可商業(yè)化光伏組件的效率為14%～15%；一般商業(yè)電池的效率為10%～13%。美國(guó)可再生能源研究所發(fā)明的太陽(yáng)電池的最高效率也僅為34%。我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電起步不久，由于該技術(shù)需要充分光源，對(duì)光照時(shí)間和強(qiáng)度方面有很高要求，因此其使用范圍受到很大限制。

星電池不僅高效率地利用太陽(yáng)光能，而且能夠有效地利用紅外光譜范圍里不可見(jiàn)光的能量。這是地球浩瀚空間和神秘大自然賜給人類無(wú)窮無(wú)盡的能源寶庫(kù)中的光能被突破性地新開(kāi)發(fā)和新利用。光能的這一全新的充分利用將為人類提供更多綠色、無(wú)污染和可再生的新能源，并將改變太陽(yáng)能的能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和發(fā)展方向，以及當(dāng)代的能源格局。

一 星電池基本工作原理

俄羅斯學(xué)者近期發(fā)明的新物質(zhì)——異質(zhì)電功材料是制造星電池的基礎(chǔ)和關(guān)鍵材料。異質(zhì)電功材料的制造是在基質(zhì)材料上(如硅的表面)噴涂另一種材料，如金和銀的納米級(jí)微粒。噴涂的厚度小于外部幅射光的波長(zhǎng)，使其可將光能轉(zhuǎn)換為電能。被異質(zhì)化了的異質(zhì)電功材料在太陽(yáng)光電磁波長(zhǎng)的寬廣頻譜范圍里，將由具有不同波長(zhǎng)的電磁波組成的太陽(yáng)光諧整為一個(gè)頻率，從而提高電池增益作用數(shù)倍。

星電池由二個(gè)基本部件組成：異質(zhì)電功材料的光電池(片)和異質(zhì)電功材料的電容器。前者采集的光子流強(qiáng)度比太陽(yáng)電池高4倍，并將可見(jiàn)光和不可見(jiàn)紅外光的光能轉(zhuǎn)換為電能。異質(zhì)電功材料的光電池(片)的大小可根椐使用功率選用 (如圖2)。后者為充電和積貯電能的裝置，由于星電池的容量(安培小時(shí))比同樣大小的普通AA電池大10000倍，因此其電能貯存十分簡(jiǎn)便。由此二者組合的星電池具有遠(yuǎn)優(yōu)于太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率，并能在可見(jiàn)光和紅外幅射條件下有效工作。

俄羅斯學(xué)者研究表明，電容數(shù)值為0.11F的異質(zhì)電功材料的體積為180 cm3，重量幾克。而整個(gè)巨大地球的電容量?jī)H約為2F。從1m2星電池(片)上獲取不可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換的電能為600W；而從太陽(yáng)光則可獲取1300W。在全俄領(lǐng)土上可產(chǎn)生的太陽(yáng)能功率為10萬(wàn)GW，而全俄平均用電總量為100GW，其電源來(lái)自水力、火力和核電站。如果掌握和使用星電池，那便可直接從太陽(yáng)獲取這些電能。

星電池的問(wèn)世將促使新型的光電站很快出現(xiàn)，所有便攜式電池裝置不充電連續(xù)工作的時(shí)間可提高10倍，電動(dòng)汽車和其他領(lǐng)域在使用星電池后將會(huì)發(fā)生革命性的變化。星電池具有社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和軍事上的重大戰(zhàn)略價(jià)值，以及蘊(yùn)含市場(chǎng)發(fā)展的強(qiáng)勁實(shí)力和潛在商業(yè)開(kāi)發(fā)的巨大價(jià)值。

綜上述，星電池具有如下優(yōu)點(diǎn)：可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換效率為54%，大大超過(guò)現(xiàn)行世界指標(biāo)；不可見(jiàn)紅外光轉(zhuǎn)換效率為31%，超過(guò)現(xiàn)代太陽(yáng)電池的指標(biāo)；異質(zhì)電功材料的光電池(片)的光子流超過(guò)現(xiàn)代太陽(yáng)電池4倍；異質(zhì)電功材料的光電池(片)具有半導(dǎo)體物質(zhì)的質(zhì)量，在發(fā)電量1W情況下其質(zhì)量比現(xiàn)代太陽(yáng)電池的光電池(片)小1000倍；星電池的異質(zhì)電功材料的光電池(片)的成本低于現(xiàn)代太陽(yáng)電池的光電池(片)；星電池的容量(安培小時(shí))比同樣大小的普通AA電池大10000倍。(數(shù)據(jù)出處可查俄電視一臺(tái)2006年5月25日晚和次日早上的新聞節(jié)目)

二 星電池的推廣和應(yīng)用

2006年5月25日在俄羅斯某研究所成立50周年紀(jì)念會(huì)上，該所實(shí)用研究科學(xué)中心首次向世界展示了星電池裝置，模擬了它的使用情況，比較了它的技術(shù)指標(biāo)，介紹了其使用特點(diǎn)和工藝技術(shù)，并在會(huì)上回答和討論了與會(huì)人員提出的有關(guān)問(wèn)題 (圖3)。與會(huì)人員中有俄聯(lián)邦部長(zhǎng)和工商局的代表、俄工廠和企業(yè)代表、一些國(guó)家，如阿拉伯聯(lián)合奠長(zhǎng)國(guó)的駐俄大使，以及美、日企業(yè)的代表。遺憾的是中國(guó)沒(méi)有人員參加。會(huì)上演示的新型光能技術(shù)裝置使與會(huì)者大吃一驚，并表示出巨大的興趣和迫切的要求。日本代表幽默地哀聲喊道：“給日本人(這個(gè)項(xiàng)目)吧，他們會(huì)很快地做出一切！ ”演示會(huì)上該研究所表示希望尋求星電池商業(yè)研制的合作伙伴，并邀請(qǐng)感興趣者在新型異質(zhì)電功材料的基礎(chǔ)上建立和制造星電池等裝置的實(shí)驗(yàn)和系列化的樣品，以及實(shí)用設(shè)備和儀器等方面進(jìn)行合作。俄聯(lián)邦工商局代表也在會(huì)上宣稱，“我們將提供繼續(xù)洽談的平臺(tái)，這是一項(xiàng)俄羅斯政府認(rèn)為必要的投資項(xiàng)目，我們建議進(jìn)行系列會(huì)談以推動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)展?！?在會(huì)上該研究所的科學(xué)家們承諾兩年后將推出系列產(chǎn)品。俄羅斯電視一臺(tái)對(duì)此作了報(bào)導(dǎo)。

星電池為俄羅斯該研究所屬下的實(shí)用研究科學(xué)中心發(fā)明，研究中心經(jīng)理瓦列吉恩·薩莫依洛夫(B·Camoilov)被稱作“星電池之父”。他在2006年5月29日的訪談中表示，“我們?cè)?999年就取得有關(guān)異質(zhì)電功材料的最初成就，2002年我們?nèi)〉昧藢?shí)用性結(jié)果，而現(xiàn)在獲得了在異質(zhì)電功材料基礎(chǔ)上的一系列發(fā)明專利，其中包括星電池。推廣應(yīng)用這些研究成果需要大量的財(cái)政資源。”

在此兩年后，筆者注意到2008年10月俄羅斯《科學(xué)技術(shù)》雜志的文章稱，“俄羅斯無(wú)人飛艇 (圖5)使用了魯恩巴(該研究所所在城市)的研究成果”，在附圖說(shuō)明中則寫道，“在俄羅斯無(wú)人飛艇的整流平臺(tái)上部展開(kāi)著能夠晝夜提供電能的星電池。飛艇尾部為發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋漿”。顯然，位于魯恩巴市的該研究所發(fā)明的星電池己經(jīng)成功地進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。圖中寵大的飛艇所安裝使用的星電池面積十分有限，這也表明星電池組成的光電站具有極高的工作效率。

筆者在俄羅斯生活多年，深知俄羅斯的資源豐富，直至目前包括圣彼得堡在內(nèi)的許多地區(qū)的大量住宅、校舍和單位仍然沒(méi)有安裝冷、熱水表和天然氣(煤氣)表，居民按人頭交納有限費(fèi)用后隨意使用。因此，星電池首先應(yīng)用于重要領(lǐng)域而不是日常生活，并且對(duì)此進(jìn)行保密就并不奇怪了。

異質(zhì)電功材料己經(jīng)獲得俄聯(lián)邦專利。它不僅是星電池的主要材料，也至少是應(yīng)用在24個(gè)科技領(lǐng)域里30多種裝置和設(shè)備的主要材料，如散裝激光器、納米顯微鏡、量子計(jì)算機(jī)、納米放大器、集成電路里的不均衡組件等等。該研究所根椐異質(zhì)電功材料具有創(chuàng)紀(jì)錄的光拆射指針的特性(其值超過(guò)現(xiàn)代指針10倍)制造出特種光學(xué)玻璃，同時(shí)使用異質(zhì)電功材料制造出的下列世界獨(dú)一無(wú)二的裝置也獲得相應(yīng)專利：電力幅射的納米放大器；電容器和集成電路里的不均衡組件；光子陰極；異質(zhì)基因的光電池；光學(xué)玻璃等。

針對(duì)許多國(guó)家的科學(xué)中心表示準(zhǔn)備支付任何費(fèi)用購(gòu)買這些研究發(fā)明的核心技術(shù)，該研究所的回答是，“這些發(fā)明不是用來(lái)討價(jià)還價(jià)的?！彪m是如此，俄方仍然多次表示愿與感興趣者在星電池和異質(zhì)電功材料及在其基礎(chǔ)上發(fā)明的新產(chǎn)品方面進(jìn)行合作。 目前，星電池的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)己經(jīng)獲得重大進(jìn)展。筆者一直關(guān)注此事，現(xiàn)正策劃與俄方進(jìn)行在中國(guó)市場(chǎng)合作開(kāi)發(fā)應(yīng)用的洽談。

三 結(jié)語(yǔ)

除星電池外，俄羅斯早就在“二十一世紀(jì)是零點(diǎn)能世紀(jì)”的零點(diǎn)能存在、理論和實(shí)驗(yàn)證明的科學(xué)研究方面，以及零點(diǎn)能提取技術(shù)使其應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)方面做了大量工作。1994年和2004年俄羅斯分別推出能量轉(zhuǎn)換效率116%～120% 的渦旋熱發(fā)生器和不使用任何燃料的功率為37kW的空氣發(fā)電機(jī)。這些似乎違反傳統(tǒng)能量守恒定律和永動(dòng)機(jī)的裝置其實(shí)是從空氣、地球磁場(chǎng)、水等可再生資源里提取和使用了非傳統(tǒng)物理概念的能量——零點(diǎn)能。宇宙中所有物質(zhì)都來(lái)源于零點(diǎn)電磁漲落能，我們可以從空間任何一點(diǎn)提取零點(diǎn)能，并轉(zhuǎn)換為所需要的能量形式。

遺憾的是，國(guó)內(nèi)對(duì)星電池和零點(diǎn)能等世界先進(jìn)能源的科學(xué)研究及實(shí)用技術(shù)和產(chǎn)品的了解探索、引進(jìn)開(kāi)發(fā)的力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，甚至知之甚少，更多的是囿于現(xiàn)有的“新能源”和“可再生能源”。因此，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)各種先進(jìn)的可再生新能源，應(yīng)當(dāng)是我國(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移和國(guó)家發(fā)展規(guī)劃的重要任務(wù)，也是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。希望國(guó)內(nèi)有識(shí)之士加入星電池和零點(diǎn)能開(kāi)發(fā)工作，共同在能源領(lǐng)域里為國(guó)家、為民族做出貢獻(xiàn)！