太陽能技術創新瞄準“轉換效率”

今年以來，全球范圍內，圍繞太陽能行業的技術創新正在向“如何提高轉換效率”聚焦。

隨著全球綠色轉型加速，越來越多科研團隊、技術初創公司不斷加大新能源領域科研投入。今年以來，全球范圍內，圍繞太陽能行業的技術創新正在向“如何提高轉換效率”聚焦。業內認為，這些研究對于理解和開發可持續能源解決方案提供了很好借鑒，有望重新定義太陽能發電效率以及可及性。

技術創新層出不窮

國際可再生能源署指出，太陽能是全球增長最快的能源，自2010年以來增長約26倍。數據顯示，到2022年底，全球太陽能光伏裝機容量為1047吉瓦；2023年，全球電力增長主要來源是太陽能，連續第19年保持增長最快的電力來源地位，并連續第2年超過風能成為最大新電力來源。

基于此，全球范圍內，在提高太陽能轉換效率方面，技術創新層出不窮。有科研團隊通過在傳統硅基太陽能電池板上添加新的過氧化物層來提高效率，這種化合物能捕捉不同波長的光，有望將轉換效率提高到30%以上。

土耳其一個科研團隊日前表示，研發了一種半球形光伏太陽能電池，在計算機模擬中，比傳統平板電池板多吸收66%的光。目前，這個科研團隊正在尋求制造一個原型來測試該技術。

事實上，轉換效率一直是影響太陽能發電的主要因素之一。一方面，傳統硅基太陽能電池板可以吸收整個可見光譜的光，但吸收能力相對較弱，而且面板必須有幾微米厚才能吸收足夠質子來發電，這使得此類電池板異常笨重、昂貴，不僅難以放置在狹小空間里，更難與建筑物和車輛無縫集成。

另一方面，由有機染料制成的薄膜太陽能電池雖然便宜又輕巧，厚度僅為100納米，但只能吸收太陽光譜的一小部分，并不是理想的選擇。

新型系統捕獲更多光

德國維爾茨堡大學一個科研團隊日前研發出一種新型光收集系統URPB，可以吸收整個可見光范圍內的光，進一步提升太陽能電池板轉換效率。

國際期刊《化學》報道了此次研究成果。URPB系統對4種不同“染料”——紫外光色、紅色、紫色和藍色，進行精確堆疊配置排列，從而更高效地捕獲紫外線、可見光和近紅外波長的光。在實驗室測試中，URPB系統實現了38%的入射光能轉化為有用能量的能量轉換效率，而單個“染料”最大轉換效率僅為3%。

不過，雖然URPB系統在實驗室環境中得到了驗證，并為制造更薄、更輕、更高效的太陽能電池板提供了借鑒，但仍面臨如何實現商業化的挑戰。

油價網指出，過去10年，太陽能電池板效率已經從17%左右提高至22%-29%，同時，生產成本持續下降，每瓦太陽能電池板價格從約5美元下降到當前的不足0.5美元。

量子材料帶來新驚喜

在太陽能電池家族中，晶硅電池與薄膜電池兩大分支并駕齊驅，而鈣鈦礦電池作為薄膜電池中的佼佼者，憑借其獨特的優勢脫穎而出。近年來，鈣鈦礦電池取得巨大進步，效率顯著提高，從2009年的3%左右提高到當前的25%以上。

今年7月，中國科學技術大學徐集賢教授團隊，成功研發出穩態效率高達26.7%的鈣鈦礦電池，刷新了全球鈣鈦礦電池穩態效率的世界紀錄。

事實上，由于鈣鈦礦電池的高性能和低生產成本，業內一直對其前景持樂觀態度。不過，目前大多數鈣鈦礦電池檢測都是在實驗室中進行的。

值得一提的是，鈣鈦礦電池研發開始向量子領域延展。國際期刊《科學進展》報道稱，4月，美國理海大學研究人員開發出一種原子級厚度的量子材料——銅摻雜鍺硒/硫化錫異質結構復合材料，外量子效率達到了前所未有的190%，可以將63%的陽光能量轉換為電能，遠遠超過了33.7%的肖克利-奎伊瑟效率理論極限，該理論極限認為，在標準測試條件下，單結太陽能電池的理論最高效率不會超過33.7%。

據悉，這一研究主要應用了在太陽能電池和超導態研究中具有重要意義的中間能帶態?這一概念，其涉及材料電子結構內的特定能級，這些能級位于最佳子帶隙內，使得材料能夠有效地吸收太陽光并產生載流子，從而提高太陽能轉換效率。

這種量子材料限制了電子和空穴的自由運動，從而減少了電子和空穴的產熱結合，可以讓電池板產生更多電能。美國理海大學研究人員表示，目前，商業太陽能電池板轉換效率大約在15%-20%，如果全部換成這種量子材料電池板，全球太陽能發電量有望在目前基礎上實現較大提升。

（文章來源：中國能源報）