太陽能產業的下一個技術突破是什么？

劉霞

目前，盡管隨著技術的不斷更新，太陽能的成本已大幅降低，但仍比化石能源要昂貴。另外，盡管太陽能電池板“遍地開花”，甚至供過于求，太陽能電池板制造業仍處于低潮。不過，太陽能市場的創新勢頭雖有所減弱，但仍有不少研究進展陸續“出爐”。整體而言，業界人士對太陽能產業的長遠發展仍持樂觀態度。

在玻璃上制造出柔性太陽能電池

傳統的太陽能電池仍主打晶硅技術。幾年前，硅太陽能電池板的成本為4美元/瓦。該研究領域的“帶頭大哥”之一、澳大利亞新南威爾士大學的馬丁·格林教授曾經宣稱，硅太陽能電池板的成本永遠不可能低于1美元/瓦。但現在，他表示：“成本已下降到約50美分/瓦了，而且還有可能降至36美分/瓦。”

美國能源部設置的目標是，到2020年低于1美分/瓦，這一目標不僅僅指太陽能電池板的成本，而是就整個太陽能電池板安裝系統而言。格林認為太陽能產業有可能提前完成這一目標。屆時，太陽能的直接成本有望降至6美分/千瓦時，比新的天然氣發電廠的供能成本還低。太陽能的總成本則因包括彌補太陽光的間歇性特征而制造的設施的成本，當然會更高，但精確地高多少取決于電網中有多少太陽能等因素。

硅太陽能產業的各個機構一直在想方設法削減成本并提高太陽能電池板的能量產出。上世紀90年代，格林的實驗室制造出了一款轉化率創紀錄的太陽能電池，其記錄一直堅挺地保持至今。為了獲得這一轉化記錄，格林不得不使用昂貴的石印技術來制造精細的電線以收集太陽能電池提供的電流。但技術的穩步發展使科學家們現在能用屏幕印刷術制造出精細的電線。最近的研究表明，屏幕印刷術能制造出寬度僅為30微米的電線，與格林電線的寬度差不多，但成本要低很多。格林表示，這一技術和其他技術聯合，有望使人們能更便宜且更方便地在生產線上復制他的高效率太陽能電池。已有公司研發出了制造太陽能電池前端金屬觸點的技術，不過，后端電子觸點的設計更困難，但他希望能有公司想出辦法。

無獨有偶，美國國家可再生能源實驗室（NREL）已在一種新類型的玻璃（由康寧公司制造的超薄高度彎曲玻璃）上制造出了一款柔性太陽能電池。他們制造出的這款薄膜碲化鎘太陽能電池是目前唯一一款可以在大規模生產上與傳統硅太陽能電池相抗衡的太陽能電池。現在，這樣的太陽能電池只能成批制造（硅太陽能電池也是如此），但能在一塊可彎曲的玻璃上將其制造出來提供了一種可能性，那就是，可以持續不斷地采用卷對卷的方式將其制造出來（就像打印報紙一樣），因而可以通過增加產量來減少成本。

“雙面嬌娃”讓太陽光無處可逃

格林以前的學生兼同事趙建華（音譯），也是中國太陽能電池板制造企業中電光伏（China Sunergy）的聯合創辦人。趙建華上周宣布，他正在為一種前后兩面都能吸收太陽光的“雙面太陽能”電池建造一條試驗性的生產線。這種太陽能電池的基本理念是，在白天的大部分時段，落在地面上一排排太陽能電池板之間的太陽光被反射到太陽能電池板背面，這些光有望被吸收利用，從而增加能量產出。這項研究尤其適用于沙漠地帶，因為此處太陽光的反光能力非常強。單面太陽能電池板可產生340瓦的電力；而雙面太陽能電池板則有望高達400瓦。趙建華希望這些太陽能電池板在一年內能將產出的能量提高20%。

這樣的太陽能電池板可能會像籬笆一樣被垂直安裝，這樣，太陽能電池板的一面在早上吸收太陽光；另一面則在下午吸收太陽光，這就使得彈丸之地上都可以安裝這種太陽能電池板，例如，可以將它們作為高速公路的噪聲障。而且，這種布局策略的優勢有望在塵沙彌漫的地方得以彰顯。中東的很多地方似乎是這種太陽能電池板的理想歸宿，因為，盡管這些地方的日照特別強烈，但頻繁爆發的沙塵暴會讓能源產出縮水。垂直安裝的太陽能電池板不會給灰塵提供“安身立命之所”，因此有望讓整個太陽能系統變得更經濟可行。

半導體“伴侶”或讓硅太陽能電池的效率翻倍

不過，從更長遠的眼光來看，格林還是將賭注壓在硅上。他希望通過讓硅同一、兩種其他的半導體“聯姻”，大大提高硅太陽能電池板的效率。其中添加的每種半導體都會選擇性地吸收太陽光譜中的部分光（硅無法有效地吸收這部分光）并將其轉化為電能。

增加一種半導體有望將太陽能電池板的光電轉化效率從目前的20%到25%提升至40%左右。再增加另外一種半導體有望使效率高達50%，這就可以少安裝至少一半的太陽能電池板。當然，這一方法面臨的主要挑戰是讓這些半導體能很好地“聯姻”，這一挑戰主要由晶體硅中的硅原子的排列所制造。