10月31日電 所有的家庭燈具和路燈 白天吸收 足夠的太陽(yáng)能， 夜間可以自行發(fā)光；街道上一輛輛的太陽(yáng)能電車(chē)風(fēng)馳電掣 ； 太陽(yáng)能建筑鱗次櫛比 可 實(shí)現(xiàn)電力自給……這樣的畫(huà)面不久的將來(lái)或許能夠變成現(xiàn)實(shí)。

這都是因?yàn)槲覀冋莆樟?ldquo;光伏發(fā)電”這一技術(shù)。

何謂“光伏發(fā)電”技術(shù)？

說(shuō)起“光伏發(fā)電”，大家會(huì)覺(jué)得比較茫然，但說(shuō)到太陽(yáng)能電池，大家肯定就不陌生了。光伏發(fā)電就是利用太陽(yáng)能電池光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生電能的技術(shù)，這個(gè)技術(shù)的核心部件便是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能是人類(lèi)取之不盡用之不竭的可再生能源，具有清潔性、安全性、長(zhǎng)壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行利用的光伏發(fā)電技術(shù)是緩解和解決人類(lèi)社會(huì)發(fā)展中日益加劇的環(huán)境污染和能源短缺、向太陽(yáng)“索取”清潔能源的一種有效手段。但是，2013年在光伏發(fā)電技術(shù)使用最發(fā)達(dá)的德國(guó)，光伏發(fā)電量?jī)H占全國(guó)總發(fā)電量的5%左右，這一數(shù)字在中國(guó)約為0.5%。問(wèn)題隨之而來(lái)，既然光伏發(fā)電技術(shù)具有這么多的優(yōu)點(diǎn)，為什么現(xiàn)今各國(guó)光伏發(fā)電所占比重如此之小呢？原因就在核心部件太陽(yáng)能電池上，以太陽(yáng)能電池為核心部件的光伏發(fā)電技術(shù)由于受到光伏電池本身材料的限制，發(fā)電成本較高、太陽(yáng)光利用率低，光伏發(fā)電在社會(huì)整體能源結(jié)構(gòu)中所占比例仍然很小。

太陽(yáng)能電池的發(fā)展和應(yīng)用有哪些局限性？

目前，一般使用的太陽(yáng)能電池為晶體硅電池，與傳統(tǒng)的晶體硅電池相比，新一代的薄膜太陽(yáng)電池具有成本低、效率高和可柔性化等特點(diǎn)，已經(jīng)成為世界各國(guó)的重點(diǎn)研究發(fā)展方向。

但是，太陽(yáng)能電池的發(fā)展和應(yīng)用也存在以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）電池朝向陽(yáng)光的表面大多是透明的導(dǎo)電薄膜或者其他透明的封裝、襯底材料。這些材料通常對(duì)入射到電池表面的太陽(yáng)光具有較強(qiáng)的反射作用，導(dǎo)致部分光無(wú)法被太陽(yáng)電池所利用，限制了太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率的提高；（2）太陽(yáng)光是由不同波長(zhǎng)的連續(xù)光波組成，薄膜太陽(yáng)電池使用的不同電池材料決定了不同太陽(yáng)能電池可以利用的太陽(yáng)光波長(zhǎng)范圍的不同； （3）特定波段太陽(yáng)光對(duì)電池或者電池材料的輻照造成的損害，對(duì)電池長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性的影響?？梢哉f(shuō)，這些問(wèn)題大大限制了太陽(yáng)能電池的使用效率和使用周期，在經(jīng)濟(jì)上也增加了負(fù)擔(dān)。在現(xiàn)階段，太陽(yáng)能電池的成本依然很高，發(fā)出1kW電需要投資上萬(wàn)美元。太陽(yáng)能電池市場(chǎng)主要靠各國(guó)政府財(cái)政補(bǔ)貼，歐洲市場(chǎng)太陽(yáng)能發(fā)電補(bǔ)貼高達(dá)每度電1元以上，因此有人說(shuō)太陽(yáng)能電池的成本和光電轉(zhuǎn)換效率離真正市場(chǎng)化還有很大差距。但是隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)再生清潔能源的巨大需求，太陽(yáng)能電池在未來(lái)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，我們現(xiàn)在的努力也是在為這一進(jìn)程做出自己的貢獻(xiàn)。

我們對(duì)薄膜太陽(yáng)電池做出的創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)和改進(jìn)


針對(duì)這些問(wèn)題，我們對(duì)薄膜太陽(yáng)電池的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。根據(jù)不同電池發(fā)電相應(yīng)波段的不同，以晶硅電池為例我們通過(guò)理論計(jì)算、材料選擇以及實(shí)驗(yàn)工藝優(yōu)化等，在電池表面氮化硅薄膜上繼續(xù)制備了由不同薄膜折射率和厚度的組成的階梯折射率寬帶復(fù)合減反膜。與過(guò)去單一的減反膜相比，這種寬帶復(fù)合減反膜能有效的降低電池對(duì)光的散射，實(shí)驗(yàn)室條件下可將電池對(duì)太陽(yáng)光的吸收從原來(lái)的67%左右提高到90%以上。

為了突破電池材料對(duì)電池工作的太陽(yáng)光波長(zhǎng)范圍的限制，進(jìn)一步提高太陽(yáng)電池對(duì)太陽(yáng)光的利用效率，我們嘗試在太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)表面引入一層含有特殊“納米粒子”的結(jié)構(gòu)，這些特殊的納米小顆粒能夠?qū)⒁欢ǚ秶鷥?nèi)的太陽(yáng)光進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化，最后發(fā)出具有其他波長(zhǎng)的光。眾所周知，紫外短波在連續(xù)波長(zhǎng)的太陽(yáng)光中占有相當(dāng)?shù)谋戎亍＿@部分的光由于受到電池自身材料的限制，往往被電池結(jié)構(gòu)的表層材料所吸收而無(wú)法參與到光電轉(zhuǎn)化過(guò)程中，這部分紫外光不僅對(duì)電池的封裝材料形成老化等損害，而且對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池等電池本身具有嚴(yán)重的破壞作用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們嘗試在太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)表面引入一層含有特殊“納米粒子”的光轉(zhuǎn)換層，這些特殊的納米小顆粒能夠?qū)⑻?yáng)光中無(wú)法參與光電轉(zhuǎn)換的紫外波段的太陽(yáng)光進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化，最后發(fā)出能夠被太陽(yáng)易于吸收利用的可見(jiàn)光。這種光轉(zhuǎn)換層在太陽(yáng)電池中的加入，一方面巧妙的擴(kuò)展了太陽(yáng)電池的光譜響應(yīng)范圍，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率；另一方面，通過(guò)對(duì)有害紫外光的轉(zhuǎn)換，有效的提高了電池長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

目前，我們已經(jīng)成功設(shè)計(jì)制備了相關(guān)材料，而且在一些電池上進(jìn)行了成功的適配和應(yīng)用。未來(lái)我們將針對(duì)更多的太陽(yáng)電池種類(lèi)進(jìn)行相關(guān)材料的選擇及制備工藝的優(yōu)化，開(kāi)展適配研究，并且將與太陽(yáng)能電池制造企業(yè)合作開(kāi)展技術(shù)的小試工作。

那英在《白天不懂夜的黑》里唱到：白天和黑夜只交替沒(méi)交換，無(wú)法想象對(duì)方的世界。太陽(yáng)能電池就像白天和黑夜的信使，它不僅可以在白天依靠太陽(yáng)光工作，在晚上也可以把未用完儲(chǔ)存起來(lái)的能量釋放出來(lái)。我們希望，我們的研究能使這個(gè)信使為更多的人服務(wù)，在更廣的領(lǐng)域發(fā)揮作用。