涂料發電

美國《大眾科學》雜志目前評選出2007年度“創新綠色科技獎”，一種太陽能納米涂料獲此殊榮。該涂料只要涂在墻上、車上，或是船身上，就可以發電。以往只是會在科幻小說里發生的事，現在已經變成了現實。想象一下，某一天，你開著一輛涂有太陽能涂料的汽車，車身的涂料正在產生電力驅動你汽車的引擎。那種感覺絕對棒極了。

科學家們從來沒有停止過尋找更高效率、更便宜的太陽能利用技術。不過這次科學家倒是在另一個方向取得了突破：一種以碳納米管和巴克球(即宮勒烯，碳60的正32面體)為主要材料的太陽能涂料。實驗結果令人興奮。這兩種材料能夠在不同的、但互補的波長范圍中俘獲光子，從而把可轉化光能的波長范圍擴大到近紅外波段。目前的轉化率是7.1％，一旦轉化率達到10％，這種太陽能墻紙張就會投放到市場。新產品可提高太陽能3％-5％的發電效率，減少對硅的需求量，降低生產成本。此次新品的問世將使太陽能產品在具有高性能的同時，也具有價格優勢。

未來建材商店的貨架上，太陽能墨盒將與帶有太陽能涂層的墻紙并排擺放。首先從太陽能涂料中受益的將是GSM(全球移動通訊系統)電話、MP3、GPS(全球定位系統)以及其他能源消耗較少的小型電器。只要在它們的外殼涂上幾平方厘米的太陽能涂料，就能使它們的電量“常用常滿”，而再也不必通過墻上的電源插座充電。至于將太陽能涂料用于屋頂和墻面，則必須耐心地等待3年甚至5年。涂覆新涂料的太陽能產品將于2009年前后面市。

歪打正著的發現

長期以來，研究人員一直希望能夠找到天然的“極便宜、無毒、且豐富”，又合適于制造太陽能電池的材料。多次實驗表明，只要在太陽能硅電池表面生成一層硅納米顆粒薄膜就能夠提高它的能量轉化率，同時也減少自身發熱，延長電池使用壽命。

實驗初期主要研究如何吸收和轉化太陽光中紫外線的能量，對傳統太陽能電池而言，紫外線要么直接被穿透出去，要么被硅元件吸收轉化成熱能而并非電能，熱量還直接影響了硅電池的使用壽命。為了達到實際應用的效果，研究人員首先將體積較大的硅研制成納米級顆粒，這些顆粒會發出不同顏色的熒光。而后，將這些顆粒分散在異丙基酒精中，并抹在太陽能電池的表面。當酒精蒸發后，電池表面就形成一層緊密的納米顆粒薄膜。

研究發現，如果太陽能電池表面覆蓋的是厚度為1納米的藍色熒光納米粒子薄膜，整個電池將能夠多轉化60％紫外光線的能量，不過可見光的轉化率提高不到3％。但如果電池表面覆蓋的是厚度為2.85納米的紅色熒光粒子薄膜，那么紫外光線的轉化率可提高67％，而可見光可提高到10％。其實，太陽能電池性能的這種改進應更多地歸于電池電壓的提高而不是電流。研究表明，薄膜內電荷傳輸和納米粒子界面有重要關系。因此，新的涂層工藝也很容易并入太陽能電池的制造過程，而成本并不會有額外的增加。

性能大比拼

目前科學家開發的太陽能電池使用了一個碳納米管復合體，這是一種圓柱型碳分子結構，之所以稱之為納米管，是因為它的尺寸極小，科學家估計納米管只有頭發絲的2×10^-4(1/50000)。然而，碳納米管的導電性優于任何常規導線。

首先，與傳統的光伏轉換裝置相比，這種涂層更能適應不同的使用環境，它能將任何一種表面都改造成太陽能轉換器。從平時小家電的機殼開始(如手機)，再到窗戶、墻壁、屋頂……而且，可以用這種涂料進行大面積的涂覆，從而彌補其轉化率(即轉化成電能的光能)相對較低之不足。很簡單，盡管它的轉化率目前僅有5％左右，只是傳統硅基光伏電池的1/3，但只要把它的涂覆面積擴大2倍，不足之處就能得到彌補!更何況這顯然是一項還會繼續發展的全新技術!

第二項優勢是價格便宜。它只是塑料，而不是價格不菲的硅!目前光伏產品的主要原料就是硅，其價格也因此居高不下。所以價格便宜的涂料便成了能夠部分抵消其低轉化率的長處。

硅將退出歷史舞臺

將幾滴液體滴在一塊覆有金屬電極的幾平方厘米的玻璃片上，迅速晃動玻璃片，使液體均勻攤開，凝固成一層類似塑料的薄膜。再將這一裝置連接到一個電流表上，然后將這薄膜置于一個大功率燈泡的照射下，專家驚奇地發現電表指針指向5毫瓦/平方厘米的刻度!這個裝置看似簡陋，卻可以毫不含糊地將太陽能轉化成電能。而更重要的是，借助化學和物理的神奇力量，它明白無誤地證明，太陽能涂料完全可行!這是一項集兩種主要優勢于一身的出色發明。

科學家自然對這種用碳納米管和巴克球制成的太陽能電池的前景興奮不已。因為它是一種既經濟又簡便的能量轉換裝置，人們可以把這種電池涂抹或打印在柔性塑料板上，或者涂在建筑物的外墻及屋頂上。而且，該涂料發電板安裝方便，價格低廉。可將更多的太陽能轉化為電能。未來我們甚至可以用廉價的家用噴墨打印機印出一張張太陽能板來。你可以把這些太陽能電池板固定在墻上、屋頂上或布告板上……在有陽光的地方就可建成一個個小小的太陽能發電站。

硅太陽能產品的高成本，使業內的每家企業都在積極尋求解決方案。傳統的硅是光電池的基本材料，已經使用數十年，缺點是易損壞、笨重、昂貴。目前科學家開發的太陽能電池的材料是碳納米管與碳60正32面體(即巴克球)的聚合體。盡管巴克球不能產生電流，但它可以捕獲電子。陽光的照射將激活聚合體，而巴克球將捕獲電子。這樣一來，納米管的作用將與銅線一樣，能夠產生電子和傳輸電流。專家預測，不久的將來，這種方法會成為全世界家庭住戶的廉價能源方案。

想象一下，無需面板的太陽能電池會是什么樣?只有像油漆那樣薄薄的一層材料，就能吸收陽光并產生電流。將這種薄薄的材料覆蓋在屋頂和窗戶上，你家就能實現能量的自給自足了，甚至還能出售一些多余的電能。而且這種太陽能房屋獲取能量的費用也會比燒煤更便宜。

發展前景廣闊

太陽能電池的科學原理是這樣的：當陽光照射到有機太陽能電池上時，將產生正電荷和負電荷，如果電荷可以被分別傳送至正負極，就會形成電流，如果不可以，能量將被浪費掉。如果用電子方式把電池連結在一起，這種電池形態被稱為電池板，正如現在大多數屋頂上安裝的那種太陽能電池板。電池及電池板的大小有所不同，電池的大小從1毫米到幾米不等，而電池板沒有大小限制。

太陽能硅電池已經問世幾十年了，由于成本和體積的原因，這種技術問世時所提出“讓廉價的太陽能四處普及”的承諾始終沒有兌現。成本一直是阻礙太陽能電池普及的最大障礙。傳統的太陽能電池制造需要用到硅，而硅是一種價格昂貴的商品，尤其在面臨全球性短缺的情況下就更是如此。更糟糕的是，還必須將硅覆蓋在玻璃上，因此傳統太陽能電池沉重、危險、運輸成本高昂。由于必須牢固地固定，安裝成本也很高。而且，70％以上的硅都在生產過程中浪費了。這意味著，使用傳統的制造方法，即使是最便宜的太陽能電池每瓦特能量的制造成本也要3美元。而要在價格上與煤炭這樣的傳統能源具有競爭力，這個成本必須減少到不足1美元。新的太陽能轉換技術的發展有可能讓這一承諾變成現實。太陽能涂料不需要硅，而且由于能高效地連續生產，其每瓦特能量的制造成本不到0.3美元。只要利用一臺印刷機一樣的設備，將一層吸收陽光的太陽能涂料鋪設在鋁箔一樣薄的金屬薄片上即可。因此成本只有今天太陽能硅電池的1/100，生產速度也能達到每分鐘上百米。你可以成卷地打印出這種產品，而且安裝場所也不受限制，在任何你需要的地方都可以安裝它。

目前，科學家正在建造世界上最大的太陽能電池制造廠。據預計，到2008年8月建成投產后，首批的10萬塊電池會銷往歐洲。這座工廠每年將能夠生產出430兆瓦的太陽能電池，超過美國所有其他種類太陽能電池的功率總和。