足夠的陽(yáng)光可以在一小時(shí)內(nèi)沐浴地球的白天，以滿足人類一年的所有能量需求。可悲的是，通過(guò)利用如此豐富的自由太陽(yáng)能來(lái)滿足人類能源需求存在若干問(wèn)題 - 尤其是制造能夠在陽(yáng)光下廉價(jià)地獲取能量的半導(dǎo)體材料的成本。但加州理工學(xué)院和IBM的材料改進(jìn)可能只會(huì)降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本。研究人員在2月14日?qǐng)?bào)告說(shuō)，研究生Michael Kelzenberg和加州理工學(xué)院的其他材料科學(xué)家采用了硅微絲的垂直晶體，如“草葉”，Kelzenberg說(shuō) - 可以捕獲高達(dá)85％的全部入射陽(yáng)光。自然材料。（Scientific American是Nature Publishing Group的一部分。）它們的效率幾乎與傳統(tǒng)的硅晶片一樣好，但它們只需要這種晶片中1％的硅。


“有了百分之一的材料，我們已經(jīng)吸收了96％的峰值可見(jiàn)光，”Kelzenberg說(shuō)?！坝泻芏嗬碛上嘈胚@可以用來(lái)制造薄膜太陽(yáng)能電池。” 研究人員將硅片嵌入“魚(yú)缸材料”床中，這種柔性透明硅樹(shù)脂塑料稱為聚二甲基硅氧烷。僅這一點(diǎn)足以使桿有效地捕獲以一定角度進(jìn)入的太陽(yáng)光。但是中午的直射陽(yáng)光未能擊中足夠的葉片以有效地引發(fā)電子流動(dòng)。氧化鋁反射和散射入射的太陽(yáng)光，使其能夠擊中更多的微絲?！拔覀兛梢越佑|到電線的所有側(cè)壁，”Kelzenberg解釋說(shuō)?！八鼊?chuàng)造了有趣的連接幾何形狀，吸收光線并收集電力。”


沒(méi)有實(shí)際的太陽(yáng)能電池已從新微絲生產(chǎn)，但。但是“如果你不能有效地吸收光線，那么你肯定無(wú)法有效地將其轉(zhuǎn)化為電能，”加州理工學(xué)院的化學(xué)家Nate Lewis說(shuō)道，他也參與了這項(xiàng)研究。硅片顯示出足夠的光吸收，使其成為“制造太陽(yáng)能電池的有趣候選者”。當(dāng)然，薄膜硅太陽(yáng)能電池已經(jīng)存在，但他們一直在努力將傳統(tǒng)硅光伏技術(shù)的效率與吸收光線或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為電能相匹配。新的硅微絲在材料成本的一小部分上實(shí)現(xiàn)了類似的效率?！拔覀兊哪繕?biāo)是制造一個(gè)薄膜[太陽(yáng)能]電池，讓您獲得常規(guī)晶圓太陽(yáng)能電池的效率，”Kelzenberg說(shuō)?！拔耶?dāng)然希望看到在未來(lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?！?br />

還有其他半導(dǎo)體材料可能證明與硅微絲一樣便宜。已經(jīng)是薄膜光伏電池制造商First Solar表示，由銦硒化鎵（CIGS）或碲化鎘制成，效率約為11％，價(jià)格低至每瓦1美元。但是這兩種類型的電池都是由稀有或昂貴的材料制成的：碲是稀有的，而銦價(jià)格昂貴，因?yàn)樗灿糜谄桨咫娨?。然而，IBM的研究人員已經(jīng)生產(chǎn)出一種類似的薄膜太陽(yáng)能電池，它由銅，鋅，錫，硒和硫磺組合而成 - 所有相對(duì)豐富，價(jià)格低廉的材料。根據(jù)美國(guó)能源部位于科羅拉多州戈?duì)柕鞘械膰?guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試，新電池可將9.6％的入射陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。


IBM及其團(tuán)隊(duì)的材料科學(xué)家David Mitzi 在2月8日的Advanced Materials中報(bào)道，他們用鋅和錫替代了CIGS電池中的銦。以前在日本的工作表明，這種“kesterite”電池可以實(shí)現(xiàn)近7％的效率 - 不足以在現(xiàn)場(chǎng)部署，實(shí)驗(yàn)室效率通常至少減少一半但很有希望。通過(guò)改變硫和硒的比例，Mitzi和他的同事們能夠?qū)⒀┦澜缣?yáng)能電池的整體效率提高40％?！霸黾恿蚝繒?huì)增加設(shè)備的開(kāi)路電壓，”Mitzi說(shuō)。并且“這不僅僅局限于低效率”，這意味著還有更大的改進(jìn)空間。


IBM本身也有no plans to manufacture such kesterite cells，更愿意許可該技術(shù)。但該集團(tuán)也在制造過(guò)程中取得了突破。典型的薄膜太陽(yáng)能電池是通過(guò)在真空中沉積一層適用的材料作為蒸汽而制成的，這需要高能量消耗來(lái)蒸發(fā)材料并保持真空以及強(qiáng)化質(zhì)量控制以小化引入的缺陷。但是，IBM團(tuán)隊(duì)將大部分材料沉積為顆粒和溶液的混合物，例如用鋅和錫制成的錫鋅礦“墨水”在溶液中與鋅顆粒一起打印。然后加入硫和/或硒作為蒸汽。同樣，像XsunX這樣的公司正在努力將一些基于氣相的沉積改進(jìn)從計(jì)算機(jī)硬盤(pán)制造商等行業(yè)引入太陽(yáng)能電池業(yè)務(wù)。Mitzi說(shuō)，這兩種技術(shù)的終好處可能是靈活性和成本 - 硅微絲和鋅礦石電池都可以制成各種柔性裝置，包括一些織成織物的裝置。陶氏化學(xué)和全球太陽(yáng)能已經(jīng)創(chuàng)造了一種采用CIGS薄膜電池發(fā)電的太陽(yáng)能屋頂瓦。 但是，盡管屋頂和地面光伏電池板的持續(xù)繁榮，太陽(yáng)能發(fā)電占美國(guó)電力的約0.1％需要。新的薄膜技術(shù)旨在以低廉的價(jià)格提升這一點(diǎn)?！俺翘?yáng)能能夠達(dá)到與傳統(tǒng)碳基能源競(jìng)爭(zhēng)的成本點(diǎn)，否則它不會(huì)起飛，”Mitzi說(shuō)。太陽(yáng)能“產(chǎn)量接近千兆瓦規(guī)模。但如果想真正讓太陽(yáng)能起飛并解決世界范圍內(nèi)的大規(guī)模能源問(wèn)題，那么就需要增加數(shù)量級(jí)。”

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