太陽能產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)技術(shù)突破是什么？

劉霞

目前，盡管隨著技術(shù)的不斷更新，太陽能的成本已大幅降低，但仍比化石能源要昂貴。另外，盡管太陽能電池板“遍地開花”，甚至供過于求，太陽能電池板制造業(yè)仍處于低潮。不過，太陽能市場(chǎng)的創(chuàng)新勢(shì)頭雖有所減弱，但仍有不少研究進(jìn)展陸續(xù)“出爐”。整體而言，業(yè)界人士對(duì)太陽能產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展仍持樂觀態(tài)度。

在玻璃上制造出柔性太陽能電池

傳統(tǒng)的太陽能電池仍主打晶硅技術(shù)。幾年前，硅太陽能電池板的成本為4美元/瓦。該研究領(lǐng)域的“帶頭大哥”之一、澳大利亞新南威爾士大學(xué)的馬丁·格林教授曾經(jīng)宣稱，硅太陽能電池板的成本永遠(yuǎn)不可能低于1美元/瓦。但現(xiàn)在，他表示：“成本已下降到約50美分/瓦了，而且還有可能降至36美分/瓦。”

美國(guó)能源部設(shè)置的目標(biāo)是，到2020年低于1美分/瓦，這一目標(biāo)不僅僅指太陽能電池板的成本，而是就整個(gè)太陽能電池板安裝系統(tǒng)而言。格林認(rèn)為太陽能產(chǎn)業(yè)有可能提前完成這一目標(biāo)。屆時(shí)，太陽能的直接成本有望降至6美分/千瓦時(shí)，比新的天然氣發(fā)電廠的供能成本還低。太陽能的總成本則因包括彌補(bǔ)太陽光的間歇性特征而制造的設(shè)施的成本，當(dāng)然會(huì)更高，但精確地高多少取決于電網(wǎng)中有多少太陽能等因素。

硅太陽能產(chǎn)業(yè)的各個(gè)機(jī)構(gòu)一直在想方設(shè)法削減成本并提高太陽能電池板的能量產(chǎn)出。上世紀(jì)90年代，格林的實(shí)驗(yàn)室制造出了一款轉(zhuǎn)化率創(chuàng)紀(jì)錄的太陽能電池，其記錄一直堅(jiān)挺地保持至今。為了獲得這一轉(zhuǎn)化記錄，格林不得不使用昂貴的石印技術(shù)來制造精細(xì)的電線以收集太陽能電池提供的電流。但技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展使科學(xué)家們現(xiàn)在能用屏幕印刷術(shù)制造出精細(xì)的電線。最近的研究表明，屏幕印刷術(shù)能制造出寬度僅為30微米的電線，與格林電線的寬度差不多，但成本要低很多。格林表示，這一技術(shù)和其他技術(shù)聯(lián)合，有望使人們能更便宜且更方便地在生產(chǎn)線上復(fù)制他的高效率太陽能電池。已有公司研發(fā)出了制造太陽能電池前端金屬觸點(diǎn)的技術(shù)，不過，后端電子觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)更困難，但他希望能有公司想出辦法。

無獨(dú)有偶，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）已在一種新類型的玻璃（由康寧公司制造的超薄高度彎曲玻璃）上制造出了一款柔性太陽能電池。他們制造出的這款薄膜碲化鎘太陽能電池是目前唯一一款可以在大規(guī)模生產(chǎn)上與傳統(tǒng)硅太陽能電池相抗衡的太陽能電池?，F(xiàn)在，這樣的太陽能電池只能成批制造（硅太陽能電池也是如此），但能在一塊可彎曲的玻璃上將其制造出來提供了一種可能性，那就是，可以持續(xù)不斷地采用卷對(duì)卷的方式將其制造出來（就像打印報(bào)紙一樣），因而可以通過增加產(chǎn)量來減少成本。

“雙面嬌娃”讓太陽光無處可逃

格林以前的學(xué)生兼同事趙建華（音譯），也是中國(guó)太陽能電池板制造企業(yè)中電光伏（China Sunergy）的聯(lián)合創(chuàng)辦人。趙建華上周宣布，他正在為一種前后兩面都能吸收太陽光的“雙面太陽能”電池建造一條試驗(yàn)性的生產(chǎn)線。這種太陽能電池的基本理念是，在白天的大部分時(shí)段，落在地面上一排排太陽能電池板之間的太陽光被反射到太陽能電池板背面，這些光有望被吸收利用，從而增加能量產(chǎn)出。這項(xiàng)研究尤其適用于沙漠地帶，因?yàn)榇颂幪柟獾姆垂饽芰Ψ浅?qiáng)。單面太陽能電池板可產(chǎn)生340瓦的電力；而雙面太陽能電池板則有望高達(dá)400瓦。趙建華希望這些太陽能電池板在一年內(nèi)能將產(chǎn)出的能量提高20%。

這樣的太陽能電池板可能會(huì)像籬笆一樣被垂直安裝，這樣，太陽能電池板的一面在早上吸收太陽光；另一面則在下午吸收太陽光，這就使得彈丸之地上都可以安裝這種太陽能電池板，例如，可以將它們作為高速公路的噪聲障。而且，這種布局策略的優(yōu)勢(shì)有望在塵沙彌漫的地方得以彰顯。中東的很多地方似乎是這種太陽能電池板的理想歸宿，因?yàn)?，盡管這些地方的日照特別強(qiáng)烈，但頻繁爆發(fā)的沙塵暴會(huì)讓能源產(chǎn)出縮水。垂直安裝的太陽能電池板不會(huì)給灰塵提供“安身立命之所”，因此有望讓整個(gè)太陽能系統(tǒng)變得更經(jīng)濟(jì)可行。

半導(dǎo)體“伴侶”或讓硅太陽能電池的效率翻倍

不過，從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來看，格林還是將賭注壓在硅上。他希望通過讓硅同一、兩種其他的半導(dǎo)體“聯(lián)姻”，大大提高硅太陽能電池板的效率。其中添加的每種半導(dǎo)體都會(huì)選擇性地吸收太陽光譜中的部分光（硅無法有效地吸收這部分光）并將其轉(zhuǎn)化為電能。

增加一種半導(dǎo)體有望將太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)化效率從目前的20%到25%提升至40%左右。再增加另外一種半導(dǎo)體有望使效率高達(dá)50%，這就可以少安裝至少一半的太陽能電池板。當(dāng)然，這一方法面臨的主要挑戰(zhàn)是讓這些半導(dǎo)體能很好地“聯(lián)姻”，這一挑戰(zhàn)主要由晶體硅中的硅原子的排列所制造。