太阳能技术创新瞄准“转换效率”

今年以来，全球范围内，围绕太阳能行业的技术创新正在向“如何提高转换效率”聚焦。

随着全球绿色转型加速，越来越多科研团队、技术初创公司不断加大新能源领域科研投入。今年以来，全球范围内，围绕太阳能行业的技术创新正在向“如何提高转换效率”聚焦。业内认为，这些研究对于理解和开发可持续能源解决方案提供了很好借鉴，有望重新定义太阳能发电效率以及可及性。

技术创新层出不穷

国际可再生能源署指出，太阳能是全球增长最快的能源，自2010年以来增长约26倍。数据显示，到2022年底，全球太阳能光伏装机容量为1047吉瓦；2023年，全球电力增长主要来源是太阳能，连续第19年保持增长最快的电力来源地位，并连续第2年超过风能成为最大新电力来源。

基于此，全球范围内，在提高太阳能转换效率方面，技术创新层出不穷。有科研团队通过在传统硅基太阳能电池板上添加新的过氧化物层来提高效率，这种化合物能捕捉不同波长的光，有望将转换效率提高到30%以上。

土耳其一个科研团队日前表示，研发了一种半球形光伏太阳能电池，在计算机模拟中，比传统平板电池板多吸收66%的光。目前，这个科研团队正在寻求制造一个原型来测试该技术。

事实上，转换效率一直是影响太阳能发电的主要因素之一。一方面，传统硅基太阳能电池板可以吸收整个可见光谱的光，但吸收能力相对较弱，而且面板必须有几微米厚才能吸收足够质子来发电，这使得此类电池板异常笨重、昂贵，不仅难以放置在狭小空间里，更难与建筑物和车辆无缝集成。

另一方面，由有机染料制成的薄膜太阳能电池虽然便宜又轻巧，厚度仅为100纳米，但只能吸收太阳光谱的一小部分，并不是理想的选择。

新型系统捕获更多光

德国维尔茨堡大学一个科研团队日前研发出一种新型光收集系统URPB，可以吸收整个可见光范围内的光，进一步提升太阳能电池板转换效率。

国际期刊《化学》报道了此次研究成果。URPB系统对4种不同“染料”——紫外光色、红色、紫色和蓝色，进行精确堆叠配置排列，从而更高效地捕获紫外线、可见光和近红外波长的光。在实验室测试中，URPB系统实现了38%的入射光能转化为有用能量的能量转换效率，而单个“染料”最大转换效率仅为3%。

不过，虽然URPB系统在实验室环境中得到了验证，并为制造更薄、更轻、更高效的太阳能电池板提供了借鉴，但仍面临如何实现商业化的挑战。

油价网指出，过去10年，太阳能电池板效率已经从17%左右提高至22%—29%，同时，生产成本持续下降，每瓦太阳能电池板价格从约5美元下降到当前的不足0.5美元。

量子材料带来新惊喜

在太阳能电池家族中，晶硅电池与薄膜电池两大分支并驾齐驱，而钙钛矿电池作为薄膜电池中的佼佼者，凭借其独特的优势脱颖而出。近年来，钙钛矿电池取得巨大进步，效率显著提高，从2009年的3%左右提高到当前的25%以上。

今年7月，中国科学技术大学徐集贤教授团队，成功研发出稳态效率高达 26.7%的钙钛矿电池，刷新了全球钙钛矿电池稳态效率的世界纪录。

事实上，由于钙钛矿电池的高性能和低生产成本，业内一直对其前景持乐观态度。不过，目前大多数钙钛矿电池检测都是在实验室中进行的。

值得一提的是，钙钛矿电池研发开始向量子领域延展。国际期刊《科学进展》报道称，4月，美国理海大学研究人员开发出一种原子级厚度的量子材料——铜掺杂锗硒/硫化锡异质结构复合材料，外量子效率达到了前所未有的190%，可以将63%的阳光能量转换为电能，远远超过了33.7%的肖克利—奎伊瑟效率理论极限，该理论极限认为，在标准测试条件下，单结太阳能电池的理论最高效率不会超过33.7%。

据悉，这一研究主要应用了在太阳能电池和超导态研究中具有重要意义的中间能带态?这一概念，其涉及材料电子结构内的特定能级，这些能级位于最佳子带隙内，使得材料能够有效地吸收太阳光并产生载流子，从而提高太阳能转换效率。

这种量子材料限制了电子和空穴的自由运动，从而减少了电子和空穴的产热结合，可以让电池板产生更多电能。美国理海大学研究人员表示，目前，商业太阳能电池板转换效率大约在15%—20%，如果全部换成这种量子材料电池板，全球太阳能发电量有望在目前基础上实现较大提升。

文丨本报记者 王林

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出品 | 中国能源报（ID：cnenergy）

责编 | 李慧颖