如果能夠在日間充分收集半個(gè)小時(shí)的太陽能，便可解決人類一年的能源之需，不過這只是理論愿景，現(xiàn)實(shí)是人類在享受免費(fèi)而又海量的太陽能之前必須跨過幾道難度很大的坎。首當(dāng)其沖的便是降低太陽能電池的材料成本，改變光伏產(chǎn)業(yè)依賴政府補(bǔ)貼的現(xiàn)狀，而最近美國加州理工學(xué)院的一項(xiàng)研究成果，以及IBM新推出的一款新型高效薄膜太陽能電池，讓我們看到了太陽能真正變“便宜”的希望。

　　硅絲電池高效低價(jià)

　　據(jù)《科學(xué)美國人》消息，加州理工大學(xué)的科研人員日前成功采用新技術(shù)研制出一種硅金屬絲太陽能電池，他們將傳統(tǒng)的硅做成微米級(jí)(一微米等于百萬分之一米)金屬絲，外部裹有能彎曲、柔軟而又有彈性的有機(jī)聚合物。

　　這種新型太陽能電池可吸收射入光線中85%的光譜，在強(qiáng)光時(shí)段的吸收率甚至可達(dá)96%，這個(gè)效率與傳統(tǒng)的硅太陽能電池幾無二致，但其消耗的硅量卻僅為傳統(tǒng)硅電池的1%。這一成績得益于科學(xué)家們研發(fā)出的全新制作工藝，加州理工學(xué)院的研究人員將垂直的硅絲線安裝在聚二甲基硅氧烷平板上，并在硅絲的表面涂加氧化鋁納米顆粒以反射與散射陽光，讓硅絲能夠有效吸收從任意角度射入的陽光。

　　加州理工學(xué)院已將這一突破性研究成果發(fā)表在了2月14日出版的《自然材料》上，不過這一技術(shù)目前尚未正式投產(chǎn)，但研究者對利用硅絲大批量制作薄膜太陽能電池充滿信心。該項(xiàng)目的研究員、加州理工學(xué)院化學(xué)教授奈特·里維斯表示：“未來光伏電池的制造首先要考慮光譜的吸收能力，同時(shí)必須兼顧成本和便利性，硅絲擁有全部優(yōu)勢，我們有太多理由相信，未來幾年內(nèi)，它將成為薄膜電池量產(chǎn)的生力軍。”

　　IBM廉價(jià)高效薄膜電池面世

　　幾乎是在加州理工學(xué)院公布最新研究成果的同時(shí)，IBM公司材料科學(xué)家大衛(wèi)·米茲及其研究團(tuán)隊(duì)在最新一期的《先進(jìn)材料》上發(fā)表了一份研究報(bào)告，正式宣告IBM成功研制出一款價(jià)格低廉但卻擁有超高光電轉(zhuǎn)化率的多元化合物薄膜太陽能電池。憑借全新的制作工藝，該薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率高達(dá)9.6%，這個(gè)數(shù)據(jù)并非實(shí)驗(yàn)室的一家之言，而是經(jīng)由美國能源部正式測試并予以公布的。值得注意的是，此前用同樣材料(不含銦、鎵或鎘的相關(guān)化合物)制成的薄膜電池光電轉(zhuǎn)換率僅為6.7%，比這種新型薄膜電池的效率要低40%，這也創(chuàng)造了同類材料太陽能薄膜電池轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。

　　相較傳統(tǒng)的多元化合物薄膜太陽能電池，這種新型的薄膜電池在光電轉(zhuǎn)化效率上同樣不落下風(fēng)，并且在成本上擁有絕對優(yōu)勢。據(jù)美國第一太陽能公司(First Solar)公布的最新數(shù)據(jù)，它們生產(chǎn)的銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池和碲化鎘多晶薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率為11%左右，但每瓦特的電價(jià)卻高達(dá)1美元，這主要是由碲、銦等原材料稀缺、價(jià)格高昂所致。IBM新款薄膜電池的原料是銅、鋅、錫、硒和硫磺5種原料的組合，全部都是相對常見，價(jià)格低廉的原材料。

　　應(yīng)用前景謹(jǐn)慎樂觀

　　目前這兩種技術(shù)都還沒有進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的投產(chǎn)階段，但卻為當(dāng)下太陽能利用中成本與效率難以兼得的尷尬局面帶來了新的思路，低成本和接近當(dāng)前主流水平的效率讓它們擁有了良好的應(yīng)用前景。

　　目前在光伏業(yè)界，硅類太陽能電池依然是主流，也有很多太陽能企業(yè)，如日本的夏普，正致力于研發(fā)利用多聚物等有機(jī)原材料制造薄膜太陽能電池，但在光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，有機(jī)物薄膜電池與傳統(tǒng)的硅電池還有很大差距，簡言之就是硅電池效率高但是貴，非硅電池雖然便宜但效率低。而像納米晶太陽能電池這樣更加新型的光伏電池則還在研究當(dāng)中。

　　在這樣的背景之下，加州理工學(xué)院將有機(jī)材料的靈活可塑與硅電池的高效相結(jié)合，有效降低了成本，無疑為當(dāng)下的太陽能電池研究提供了新的思考空間，而一旦真正被應(yīng)用于實(shí)踐，硅絲電池在某種意義上還能催生一個(gè)新的行業(yè)。

　　對于IBM的新型薄膜電池，從表面看，米茲的研究團(tuán)隊(duì)僅僅是替換了常規(guī)多元化合物薄膜電池中的幾個(gè)原材料，但這種新型薄膜電池的精妙之處在于獨(dú)特的制作工藝。常規(guī)的薄膜電池在制造過程中涉及在真空狀態(tài)下的氣化噴涂和沉積，而這需要耗費(fèi)大量的能量來實(shí)現(xiàn)；米茲和同事則大多是在液體和粒子的混合狀態(tài)下進(jìn)行操作，比如銅和錫是液態(tài)，而鋅是粒子狀態(tài)，這在電池制造過程中將大幅降低浸漬、噴涂和隙縫澆注的成本。IBM表示，公司無意于將該技術(shù)用于自產(chǎn)薄膜電池，而是打算作為專利持有人向其他公司出售這一技術(shù)。

　　但這兩種技術(shù)畢竟還處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未經(jīng)歷過實(shí)踐檢驗(yàn)，而按照以往經(jīng)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室里的光伏電池在“實(shí)戰(zhàn)”中效率總會(huì)打折扣。以單晶硅太陽能電池為例，它在實(shí)驗(yàn)室里的最高光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到了24.7%，但在量產(chǎn)后的實(shí)際應(yīng)用中卻降到了15%左右。與此同時(shí)，在與核能等清潔能源行業(yè)的同步發(fā)展的過程中，競爭關(guān)系是客觀存在的，取舍在所難免，太陽能能否依靠新技術(shù)切實(shí)實(shí)現(xiàn)廉價(jià)高效，與包括傳統(tǒng)能源在內(nèi)的各種能源分庭抗禮，還要留待實(shí)踐檢驗(yàn)。(記者 于歡)