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下一代電池超越了當(dāng)今電池的極限，并將加速推出更便宜、更高效的太陽(yáng)能

經(jīng)過(guò)世界各地多個(gè)研究小組的創(chuàng)新，太陽(yáng)能電池已經(jīng)突破了 30% 能源效率的關(guān)鍵里程碑。一位專(zhuān)家表示，這一壯舉使今年成為“革命”的一年，并可能加速太陽(yáng)能的推廣。

今天的太陽(yáng)能電池板使用硅基電池，但正在迅速接近其將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的最大轉(zhuǎn)換率 29%。與此同時(shí)，科學(xué)家表示，為了應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)，太陽(yáng)能的安裝率需要增加十倍。

突破在于在硅層頂部添加了一層鈣鈦礦（另一種半導(dǎo)體）。它捕獲可見(jiàn)光譜中的藍(lán)光，而硅捕獲紅光，從而增加了捕獲的總光量。由于每個(gè)電池吸收的能量更多，太陽(yáng)能發(fā)電的成本甚至更便宜，并且部署可以更快地進(jìn)行，以幫助控制全球變暖。

鈣鈦礦-硅“串聯(lián)”電池的研究已經(jīng)進(jìn)行了大約十年，但最近的技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)已使其突破了 30% 的里程碑。專(zhuān)家表示，如果串聯(lián)電池的生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大順利進(jìn)行，它們可能會(huì)在五年內(nèi)投入商業(yè)使用，大約在同一時(shí)間純硅電池達(dá)到最高效率。

周四，兩個(gè)研究小組在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了其效率突破的詳細(xì)信息，據(jù)了解，至少還有另外兩個(gè)研究小組的效率突破了 30% 以上。

“今年是革命性的一年，”沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的斯特凡·德沃爾夫教授說(shuō)。“令人興奮的是，多個(gè)團(tuán)體的事情正在迅速進(jìn)展。”

目前純硅太陽(yáng)能電池的效率記錄在商業(yè)電池中為 24.5%，在實(shí)驗(yàn)室中為 27%。后者很可能接近細(xì)胞實(shí)際上可以達(dá)到的理論最大值 29%。

但由德國(guó)亥姆霍茲柏林材料與能源中心的 Steve Albrecht 教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組現(xiàn)已發(fā)布了有關(guān)如何將硅鈣鈦礦電池的效率提高到 32.5% 的信息。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的 Xin Yu Chin 博士領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)小組展示了31.25% 的效率，并表示串聯(lián)電池具有“高效率和低制造成本的潛力”。

“這兩個(gè)小組所展示的確實(shí)具有里程碑意義，”德沃爾夫說(shuō)。他自己的團(tuán)隊(duì)在 6 月份利用串聯(lián)電池實(shí)現(xiàn)了 33.7% 的效率，但尚未在期刊上發(fā)表結(jié)果。所有效率測(cè)量均經(jīng)過(guò)獨(dú)立驗(yàn)證。

“突破 30% 的門(mén)檻讓我們對(duì)將高性能、低成本光伏產(chǎn)品推向市場(chǎng)充滿信心，”De Wolf 說(shuō)道。到 2022 年，全球太陽(yáng)能發(fā)電容量將達(dá)到 1.2 太瓦 (TW)。“然而，為了避免與全球變暖相關(guān)的災(zāi)難性情景，到 2050 年總?cè)萘啃枰黾拥郊s 75 太瓦，”他說(shuō)。

太陽(yáng)能行業(yè)也是高效率競(jìng)賽的一部分。全球最大的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商中國(guó)隆基公司6月份宣布，他們的研究成果已達(dá)到33.5%。“降低電價(jià)仍然是推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的永恒主題。”隆基股份總裁李振國(guó)表示。

“這個(gè)行業(yè)的發(fā)展速度非常非常快，”德沃爾夫說(shuō)。“我確信中國(guó)有多家公司正在致力于此。” 他表示，歐洲和美國(guó)需要增加研發(fā)資金，以跟上太陽(yáng)能發(fā)電的加速發(fā)展并為其做出貢獻(xiàn)。

迄今為止，所有效率超過(guò)30%的高效串聯(lián)電池都很小，尺寸為1cm×1cm。它們現(xiàn)在需要擴(kuò)大到商業(yè)電池的尺寸，即 15 平方厘米或更大。

英國(guó)公司 Oxford PV 在 5 月份宣布商業(yè)規(guī)模電池的效率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 28.6%，擴(kuò)大規(guī)模已經(jīng)開(kāi)始。Oxford PV 首席技術(shù)官 Chris Case 表示：“太陽(yáng)能已經(jīng)是最便宜、最清潔的能源形式之一，我們的技術(shù)將使其變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。”

牛津光伏電池采用的生產(chǎn)線與已經(jīng)生產(chǎn)商業(yè)尺寸串聯(lián)電池的生產(chǎn)線相同，產(chǎn)量增加效率為 27%。德沃爾夫說(shuō)，串聯(lián)電池可能比純硅電池更昂貴，但電池只占生產(chǎn)和安裝太陽(yáng)能電池板成本的一小部分。

有待解決的一個(gè)問(wèn)題是串聯(lián)電池在現(xiàn)實(shí)條件下隨著時(shí)間的推移降解的速度有多快。如今的太陽(yáng)能電池在 25 年后仍具有 80-90% 的容量，De Wolf 表示串聯(lián)電池必須與此相匹配，但迄今為止有關(guān)其穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)有限。

德國(guó)和瑞士集團(tuán)的串聯(lián)電池提高效率的關(guān)鍵是解決鈣鈦礦層表面的微小缺陷。這些允許太陽(yáng)光子釋放的一些電子流回鈣鈦礦，而不是對(duì)電池的電流做出貢獻(xiàn)，從而降低其效率。

解決方案是在鈣鈦礦和電流流過(guò)的導(dǎo)電層之間放置一層有機(jī)分子，從而補(bǔ)償缺陷。

德沃爾夫說(shuō)，值得注意的是，所有小組都使用不同的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，為尋找最佳商業(yè)設(shè)計(jì)提供了更多選擇。“還有很大的進(jìn)步空間，”他說(shuō)。“我認(rèn)為實(shí)際限制遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 35%。”

英國(guó)能源研究中心主任羅布·格羅斯教授表示：“太陽(yáng)能已經(jīng)是一種低成本的發(fā)電方式，并且在全球擁有廣泛的資源基礎(chǔ)。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的成本降低是太陽(yáng)能現(xiàn)在在脫碳能源系統(tǒng)中發(fā)揮如此重要作用的主要原因。效率的提高有可能增加太陽(yáng)能的輸出，因此將有助于加強(qiáng)這種效果。”

還有其他技術(shù)，例如多結(jié)電池，其效率高達(dá) 47%，但這些技術(shù)的生產(chǎn)成本非常昂貴，并且僅適用于特定用途，例如在太空衛(wèi)星上或當(dāng)陽(yáng)光高度集中在細(xì)胞。

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原標(biāo)題：“革命性”太陽(yáng)能電池創(chuàng)新突破關(guān)鍵能源門(mén)檻