沈阳太阳能的另一重大突破

       尽管特朗普慷慨激昂，但TVA庞大的1150兆瓦天堂3煤厂近日退休，这一消息提醒人们，煤炭的日子已经过去。

       天然气成了煤炭的“祸害”。现在，下一代钙钛矿太阳能电池很可能把一颗钉子钉在“煤棺材”里。早在5月，美国能源部（DOE）可再生能源实验室（NREL）成立了一个名为“美国钙钛矿联盟制造美国地图”的财团，旨在快速跟踪市场低成本钙钛矿太阳能电池的开发。

       这一合作似乎取得了成果，该财团近期宣布，钙钛矿技术的高度鼓励性进展，可将钙钛矿太阳能电池的效率从目前的25%提高到梦幻的66%。硅板现在几乎统治着太阳能领域，90%以上的面板是使用多功能元件制造的。硅光伏电池有其优点：它们非常结实，安装相对容易。由于制造方法的进步，它们也变得不那么昂贵，特别是在过去十年里，尤其是在中国工厂建造的多晶面板。

       然而，它们仍然有一个显著的缺点：硅光伏电池板效率相当低，经济的型号仅能根据放置、定位和天气条件等因素来管理7%-16%的能效。事实上，太阳能电池已经存在了60多年，但是商业硅还几乎没有勉强进入25%的范围，达到了理论上的30%。这种令人悲哀的情况是因为硅面板是基于晶圆而不是薄膜的，这使得它们更加坚固和耐用。然而，权衡是效率。

       为了满足世界快速增长的能源需求，实现有助于减缓气候变化影响的去碳化目标，实际上需要数十年时间才能建造和安装足够的硅光伏电池板。显然，这是太慢了，我们的目的是不可行，因为我们只有10年的时间采取行动，以避免不可逆转和灾难性的气候变化。多年来，科学家们一直在试验替代晶体结构，这种晶体结构可以让类似尺寸的面板捕捉更多的能量。直到现在，很少有设计能在商业上可行。

       薄膜光伏电池板可以吸收更多的光，从而产生更多的能量。这些面板可以廉价快速制造，在更短的时间内满足更多的能源需求。有几种不同类型的薄膜，它们都有点不同于标准晶体硅（c-si）光伏板。非晶硅（a-Si）面板是古老的薄膜形式：化学蒸汽将一薄层硅沉积到玻璃或塑料上，产生一种低重量的面板，其节能性不高，管理13.6%。然后，有碲化镉（CdTe）面板，利用玻璃上的镉颗粒来生产的面板。其缺点是金属镉有毒，且难以大量生产。

       这些面板通常采用蒸发技术生产：粒子过热，蒸汽被喷射到坚硬的表面，如玻璃。它们很薄，但不像目前占据市场主导地位的c-si面板那样可靠或耐用。钙钛矿迄今为止已被证明是前途的，现在已经成功打破了玻璃天花板的效率。钙钛矿是以俄罗斯地质学家利奥·佩罗夫斯基命名的晶体家族。它们具有一组特性，使它们成为太阳能电池的潜在组成部分：高超导性、磁阻和铁电。钙钛矿薄膜光伏电池板可以吸收来自更广泛波长的光，从相同的太阳强度产生更多的电能。

       2012年，科学家们终于成功制造出薄膜钙钛矿太阳能电池，效率超过10%。但从那时起，新型钙钛矿电池设计的效率突飞猛进：模型可以达到20%+，所有这些都来自于一个薄膜电池（理论上）比厚膜硅面板更容易制造和更便宜。在牛津大学，研究人员的效率达到了25%；一个德国研究团队的效率达到了21.6%，而2018年12月，牛津实验室的效率达到了28%，创下了新纪录。

       美国可再生能源实验室NREL通过在硅太阳能电池上放置钙钛矿来制造一种多结太阳能电池，从而制造出一种复合硅钙钛矿电池，新电池的效率为27%，而仅使用硅时效率仅为21%。而现在重大的突破是：美国能源部科学和能源实验室橡树岭实验室宣布发现新型热载体钙钛矿太阳能电池，其转换效率可接近66%。根据ORNL的说法，“这一发现可以改进新型的热载体太阳能电池，这种电池比传统太阳能电池更有效地将阳光转化为电能，在它们失去能量转化为热能之前，利用光生电荷载体。”

       目前还没有关于产品价格点或何时上市的消息。尽管如此，ORNL表示，它已经接近商业化的现实，并且在不久的将来可以应用于其他现实世界的应用，如固态照明、动态传感和驱动、高级辐射探测、量子信息科学和光催化。这个时机似乎也很好，因为未来几十年，太阳可能将主导电力领域。