澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）打破了光伏電池的能效記錄，將太陽能轉(zhuǎn)換效率提升到了驚人的34．5％。此前，美國的Alta Devices曾創(chuàng)下了24％的轉(zhuǎn)換率記錄，但UNSW下屬澳大利亞先進(jìn)光電中心高級研究員Mark Keevers和Martin Green打造的新設(shè)備，又將性能提升了不少。2014年的時候，他們曾利用鏡子集中光線的方式，將轉(zhuǎn)換率定格在了40％以上。不過這一次，新設(shè)備并未＂作弊＂，而是在正常光照條件下取得的這一成績。
UNSW的Mark Keevers展示手上的裝置
新裝置由嵌入棱鏡的四片迷你模塊結(jié)合而成（大小為28cm2），當(dāng)陽光照射棱鏡的時候，會被分成四段輸入四聯(lián)接收器，從而增加了可從陽光中獲取到的能量。
新裝置的工作示意圖
在玻璃棱鏡的一側(cè)，是一片硅光電池（silicon cell）；在另一邊，則是三結(jié)太陽能電池（triple－junction solar cell）。這種太陽能電池有三層，各自對應(yīng)不同的光波，能夠最有效地利用光能，而剩下的光能會傳遞到下一層、最終紅外光波會被篩出反彈到硅光電池那邊。
Green表示：＂業(yè)界多年來一直未能達(dá)到這一效率水平，而近期德國Agora Energiewende的一份研究，還認(rèn)為要到2050年才能讓非聚焦太陽能收集模塊的效率達(dá)到35％并走入家庭應(yīng)用＂。
Keevers在一篇聲明中稱：＂通過讓每一束光線產(chǎn)生轉(zhuǎn)化成盡可能多的能量，對于降低太陽能發(fā)電成本是極為重要的，因其降低了所需的投資、回報(bào)也來得更快＂。
編輯點(diǎn)評：毫無疑問，該項(xiàng)技術(shù)是極具爆炸性的，34．5％的轉(zhuǎn)換效率讓人驚訝。更難能可貴的是，該紀(jì)錄是在正常光照條件下取得的。而遺憾的是，由于結(jié)構(gòu)太復(fù)雜、量產(chǎn)成本過高，當(dāng)前的原型裝置并不適合在屋頂上大規(guī)模應(yīng)用。所以該項(xiàng)技術(shù)未來想要形成發(fā)展，還需要降低復(fù)雜程度，并減少邊際成本。
No．7 英美大學(xué)開發(fā)串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池 效率有望超30％！
美國斯坦福大學(xué)與英國牛津大學(xué)的研究人員宣布，利用涂布技術(shù)制作的串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了20．3％的高轉(zhuǎn)換效率，并且該電池具備高耐久性。預(yù)計(jì)將來轉(zhuǎn)換效率有望超過30％。論文已發(fā)表在學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上。
串聯(lián)型太陽能電池，是以兩層太陽能電池更有效地利用太陽光，以提高轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)。具體來說，第一層主要吸收太陽光中波長稍短的光和紫外線，第二層吸收波長稍長的光和紅外線。
現(xiàn)有的串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池中，有在硅系太陽能電池上層疊鈣鈦礦太陽能電池的例子。此次與這類案例不同，其兩層都是鈣鈦礦太陽能電池，分別是在玻璃基板上以涂布技術(shù)制作，再貼合到一起制成串聯(lián)型。
制作的串聯(lián)型太陽能電池的截面照片
下面的紅色層面向短波長光，上面的褐色層面向長波長光（攝影：Giles Eperon）
兩層都制成鈣鈦礦太陽能電池的困難在于第二層的制作。此次單層具有14．8％轉(zhuǎn)換效率、主要支持紅外線的鈣鈦礦太陽能電池的實(shí)現(xiàn)，除了使用鉛（Pb）的普通材料外，還采用了錫（Sn）和銫（Cs）。將其用于串聯(lián)型，獲得了20．3％的轉(zhuǎn)換效率。
據(jù)稱，鈣鈦礦太陽能電池，尤其是基于Sn的電池存在耐久性非常短等問題，而此次的制作大幅提高了耐久性。該太陽能電池在100攝氏度大氣壓環(huán)境下4天的實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了良好的耐久性。
編輯點(diǎn)評：發(fā)展迅速的鈣鈦礦電池，近幾年來一直是太陽能產(chǎn)業(yè)的研究熱點(diǎn)。鈣鈦礦技術(shù)具有巨大的潛力，有望在實(shí)現(xiàn)和砷化鎵一樣高的性能的同時實(shí)現(xiàn)比多晶硅電池還低的制造成本。盡管鈣鈦礦太陽能電池還存在諸多問題，但是近年的技術(shù)進(jìn)展已經(jīng)表明，鈣鈦礦光伏技術(shù)并沒有難以逾越的原理性問題。該串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池不但效率突破到了一個新高點(diǎn)，而且提高了鈣鈦礦電池的耐久性，使得鈣鈦礦電池的發(fā)展向前邁進(jìn)了一大步。
NO．8 石墨烯＋光伏 太陽能電池雨天發(fā)電不用愁
多年來，工程師和材料學(xué)家在提高太陽能電池發(fā)電效率、擴(kuò)大儲電容量上的作為頗多。但是此太陽能發(fā)電仍需要天氣的配合，當(dāng)碰到下雨或多云的天氣，太陽能電池的發(fā)電效率也隨之大打折扣。中國科學(xué)家借助石墨烯成功開發(fā)出一種雨天也能發(fā)電的新型太陽能電池。
中國海洋大學(xué)（青島）與云南師范大學(xué)（昆明）的科研團(tuán)隊(duì)在德國期刊《應(yīng)用化學(xué)國際版》上發(fā)布研究報(bào)告詳細(xì)闡述了這項(xiàng)成果，為了使得雨水也能產(chǎn)生電能，研究人員在高效染料敏化太陽能電池表面上覆蓋了一層石墨烯薄膜。在遇水的情況下，石墨烯的電子可吸引正電荷離子，即路易斯酸堿電子理論，這一屬性也可用于去除溶液中的鉛離子和有機(jī)染料。
原理圖
該科研團(tuán)隊(duì)受路易斯酸堿電子理論啟發(fā)，使用石墨烯薄膜來從雨水中獲取電能。要知道，雨水并不是毫無雜質(zhì)的純凈水，其中含有能分離成正負(fù)離子的鹽份，其中正電荷離子主要為鈉離子、鈣離子與氨鹽基。為了巧妙利用這些化學(xué)成分，科學(xué)家選用了能夠吸引正離子的石墨烯薄膜，在雨水與石墨烯的接觸點(diǎn)上，這些成分會被吸附到石墨烯表面，這層帶正電的離子層會與石墨烯的負(fù)電電子作用結(jié)合，形成一個電子與正電荷離子組成的雙層結(jié)構(gòu)，能起到電容器一樣儲備電能的效果，雙層間的勢能差足以產(chǎn)生電壓和電流。
在測試過程中，科學(xué)家們在染料敏化太陽能電池上加了一層石墨烯薄膜，然后把它們放在一種由銦錫氧化物和塑料制成的柔韌且透明的基質(zhì)上，由此形成的柔韌度高的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為6．53％，并能從用來模擬雨水的鹽水中產(chǎn)生數(shù)百的微伏特（microvolt）。
“未來太陽能電池的發(fā)展趨向可能是全天候的。”唐群委說，但這一研究尚處于概念階段，距離投入商用還需很長一段時間。唐群委還表示，他們未來的研究力度將集中于如何有效控制雨水中的各種離子，以及如何利用雨中那些常見的低濃度離子發(fā)電。
編輯點(diǎn)評：夢幻變成真實(shí)，雨天也能發(fā)電的太陽能電池，將打破太陽能發(fā)電一直以來的軟肋。在這一點(diǎn)上來說，這項(xiàng)技術(shù)毫無疑問是極具開創(chuàng)性的。未來，這項(xiàng)技術(shù)在雨量充沛但太陽能資源不夠豐富的地區(qū)、酸雨多發(fā)地區(qū)、以及島礁供電和海上航行等領(lǐng)域都能派上用場。如果未來該項(xiàng)技術(shù)能得到持續(xù)發(fā)展，光伏電站將擺脫發(fā)電雨天不能發(fā)電的桎梏，為全球帶來穩(wěn)定的供電。
NO．9 生物太陽能電池：苔蘚居然也能發(fā)電
西班牙加泰羅尼亞高級建筑學(xué)院的學(xué)生Elena Mitrofanova提出一項(xiàng)以苔蘚為介質(zhì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，直觀看來，是一組種植苔蘚的立面中空模塊化墻磚。
立面的苔蘚光伏發(fā)電系統(tǒng)
在光合作用過程中，植物利用光能把周邊環(huán)境中的二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物。＂（苔蘚）釋放的有機(jī)化合物進(jìn)入含有共生菌的土壤，細(xì)菌為生存對有機(jī)化合物進(jìn)行分解，這一過程就產(chǎn)生了含有電子的副產(chǎn)品。＂Mitrofanova說，＂只需為這些微生物產(chǎn)生的電子提供一個電極，這些電子就能被收集且發(fā)電。＂
一個苔蘚發(fā)電單位就是一個完整的生物電運(yùn)行系統(tǒng)，由陽極生物材料（苔蘚）、陽極、陰極、陰極催化劑、允許正電荷（主要是質(zhì)子）從陽極生物材料向陰極轉(zhuǎn)移的＂鹽橋＂組成。陽極即水凝膠和導(dǎo)電碳纖維組成的無土基質(zhì)，水凝膠是一種可吸收其自身重量400倍的水分的聚合物，能與苔蘚濕度互補(bǔ)。發(fā)電系統(tǒng)中物質(zhì)均不會破壞苔蘚的代謝運(yùn)動。
將苔蘚電池設(shè)計(jì)成具有伸縮性的系統(tǒng)，可應(yīng)用于城市地區(qū)是Mitrofanova的目標(biāo)之一。苔蘚光伏電池的組織形式有并聯(lián)和串聯(lián)電路兩種，可安裝在建筑物的外墻。
編輯點(diǎn)評：相對于其他的技術(shù)，該生物太陽能電池目前的研究并不是那么的有震撼性，但是通過光合作用來實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的想法得到了實(shí)踐。而且，相比于硅制成的太陽能電池，使用生物材料制成的太陽能電池來捕獲光能更具優(yōu)勢，其生產(chǎn)成本更低，且具有自我修復(fù)、自我復(fù)制和可生物降解的功能。雖然目前該苔蘚發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量還十分有限，但是隨著未來科技的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)將很有可能將成為人類的可行選擇。
No．10 新太陽能技術(shù) 發(fā)電效率吊打薄膜太陽能
如今，太陽能技術(shù)已取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，薄膜太陽能發(fā)電效率已高達(dá)31％，聚光太陽能技術(shù)也已日漸成熟。然而，現(xiàn)有太陽能技術(shù)也有其技術(shù)瓶頸，發(fā)電效率始終在30％左右徘徊，但這種局面即將為新的技術(shù)所打破。日前，美國普渡大學(xué)的研究者們通過將現(xiàn)有多種太陽能技術(shù)混搭，構(gòu)建一個混合系統(tǒng)，將太陽光利用效率提升至50％。
通過技術(shù)混搭，普渡大學(xué)的研究者們創(chuàng)造了一個全新的概念，它混合了現(xiàn)有三種太陽能技術(shù)，分別是PV、熱電技術(shù)（TE）和聚光太陽能技術(shù)。當(dāng)然，該系統(tǒng)并不是簡單地將三種技術(shù)累加在一起，而是充分利用太陽光譜，構(gòu)建了一個完整有序的系統(tǒng)。
首先，PV太陽能電池板能將可見光與紫外線等高能光子轉(zhuǎn)化為電能，提供系統(tǒng)約20％的電能。如采用薄膜太陽能電池板，發(fā)電效率會提升至31％。
同時，研究者們采用一種全新設(shè)計(jì)的“選擇性的太陽能吸收器和反射鏡”熱電裝置，能將太陽光熱低能光子轉(zhuǎn)化為電能，生成約5％的電能；與此同時，該熱電裝置通過使用鏡組聚光，將熱量收集并進(jìn)行存儲，驅(qū)動蒸汽渦輪，生成約占本系統(tǒng)25％的電能。
普渡大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的助理教授PeterBermel表示，“這種做法集成了現(xiàn)有的幾種使用太陽能的方法，通過使用混合系統(tǒng)，能全光譜利用太陽光線，從而提高太陽能發(fā)電效率。”
據(jù)悉，該系統(tǒng)通過利用光譜分裂的優(yōu)點(diǎn)，提高太陽光利用效率，降低發(fā)電成本，并能顯著提高電網(wǎng)兼容性。理想狀況下，這套系統(tǒng)能在現(xiàn)有條件下利用太陽光效率超過50％，而單靠PV系統(tǒng)，效率最多只有31％。
目前，該項(xiàng)研究工作已得到美國能源部和美國國家科學(xué)基金的支持。然而，整套系統(tǒng)仍處于理論設(shè)計(jì)階段，為驗(yàn)證其可行性，研究者們還需做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)分析。該項(xiàng)研究的論文，已發(fā)表在8月15日的《能源環(huán)境科學(xué)》雜志的網(wǎng)絡(luò)平臺上。
