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

這都是因為我們掌握了“光伏發(fā)電”這一技術。

何謂“光伏發(fā)電”技術？

說起“光伏發(fā)電”，大家會覺得比較茫然，但說到太陽能電池，大家肯定就不陌生了。光伏發(fā)電就是利用太陽能電池光生伏特效應產生電能的技術，這個技術的核心部件便是太陽能電池。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有清潔性、安全性、長壽命和免維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優(yōu)點，可以說對太陽能進行利用的光伏發(fā)電技術是緩解和解決人類社會發(fā)展中日益加劇的環(huán)境污染和能源短缺、向太陽“索取”清潔能源的一種有效手段。但是，2013年在光伏發(fā)電技術使用最發(fā)達的德國，光伏發(fā)電量僅占全國總發(fā)電量的5%左右，這一數(shù)字在中國約為0.5%。問題隨之而來，既然光伏發(fā)電技術具有這么多的優(yōu)點，為什么現(xiàn)今各國光伏發(fā)電所占比重如此之小呢？原因就在核心部件太陽能電池上，以太陽能電池為核心部件的光伏發(fā)電技術由于受到光伏電池本身材料的限制，發(fā)電成本較高、太陽光利用率低，光伏發(fā)電在社會整體能源結構中所占比例仍然很小。

太陽能電池的發(fā)展和應用有哪些局限性？

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

但是，太陽能電池的發(fā)展和應用也存在以下幾個問題：（1）電池朝向陽光的表面大多是透明的導電薄膜或者其他透明的封裝、襯底材料。這些材料通常對入射到電池表面的太陽光具有較強的反射作用，導致部分光無法被太陽電池所利用，限制了太陽電池的光電轉換效率的提高；（2）太陽光是由不同波長的連續(xù)光波組成，薄膜太陽電池使用的不同電池材料決定了不同太陽能電池可以利用的太陽光波長范圍的不同； （3）特定波段太陽光對電池或者電池材料的輻照造成的損害，對電池長期使用的穩(wěn)定性的影響?？梢哉f，這些問題大大限制了太陽能電池的使用效率和使用周期，在經濟上也增加了負擔。在現(xiàn)階段，太陽能電池的成本依然很高，發(fā)出1kW電需要投資上萬美元。太陽能電池市場主要靠各國政府財政補貼，歐洲市場太陽能發(fā)電補貼高達每度電1元以上，因此有人說太陽能電池的成本和光電轉換效率離真正市場化還有很大差距。但是隨著各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池在未來將發(fā)揮越來越重要的作用，我們現(xiàn)在的努力也是在為這一進程做出自己的貢獻。

我們對薄膜太陽電池做出的創(chuàng)新性的設計和改進


針對這些問題，我們對薄膜太陽電池的材料和結構進行了創(chuàng)新性的設計和改進。根據(jù)不同電池發(fā)電相應波段的不同，以晶硅電池為例我們通過理論計算、材料選擇以及實驗工藝優(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合減反膜。與過去單一的減反膜相比，這種寬帶復合減反膜能有效的降低電池對光的散射，實驗室條件下可將電池對太陽光的吸收從原來的67%左右提高到90%以上。

為了突破電池材料對電池工作的太陽光波長范圍的限制，進一步提高太陽電池對太陽光的利用效率，我們嘗試在太陽電池結構表面引入一層含有特殊“納米粒子”的結構，這些特殊的納米小顆粒能夠將一定范圍內的太陽光進行吸收、轉化，最后發(fā)出具有其他波長的光。眾所周知，紫外短波在連續(xù)波長的太陽光中占有相當?shù)谋戎?。這部分的光由于受到電池自身材料的限制，往往被電池結構的表層材料所吸收而無法參與到光電轉化過程中，這部分紫外光不僅對電池的封裝材料形成老化等損害，而且對有機太陽能電池等電池本身具有嚴重的破壞作用。為了解決這個問題，我們嘗試在太陽電池結構表面引入一層含有特殊“納米粒子”的光轉換層，這些特殊的納米小顆粒能夠將太陽光中無法參與光電轉換的紫外波段的太陽光進行吸收、轉化，最后發(fā)出能夠被太陽易于吸收利用的可見光。這種光轉換層在太陽電池中的加入，一方面巧妙的擴展了太陽電池的光譜響應范圍，提高了電池的光電轉換效率；另一方面，通過對有害紫外光的轉換，有效的提高了電池長期使用的穩(wěn)定性，延長了電池的使用壽命。

目前，我們已經成功設計制備了相關材料，而且在一些電池上進行了成功的適配和應用。未來我們將針對更多的太陽電池種類進行相關材料的選擇及制備工藝的優(yōu)化，開展適配研究，并且將與太陽能電池制造企業(yè)合作開展技術的小試工作。

那英在《白天不懂夜的黑》里唱到：白天和黑夜只交替沒交換，無法想象對方的世界。太陽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光工作，在晚上也可以把未用完儲存起來的能量釋放出來。我們希望，我們的研究能使這個信使為更多的人服務，在更廣的領域發(fā)揮作用。