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    1. 熱電材料有望降低光伏產業成本
      2012-06-18   作者:劉邦武  來源:人民日報
       
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        夏日已至,光伏產業卻依舊寒意未消。2011年,全球光伏產業因經濟衰退、歐盟削減補貼、產能過剩、價格混戰等因素進入寒冬。
        拋開外部因素,制約光伏產業健康發展的主要因素仍是效率和成本。經過業界的不斷探索和努力,現已在技術上屢有突破。比如,日本科學技術振興機構攜手東京大學研發出了全球最薄、最輕的有機太陽能電池,厚度僅1.8—1.9微米,只有家用保鮮膜的1/5厚,可以像頭發一樣彎曲,且無需復雜的工程和高價設備,可實現低成本生產。在技術探索的同時,過去一直被業界忽視的熱電材料,近年來也開始慢慢重回人們的視野。
        所謂熱電材料,理論上說是一種利用非可見光的發電材料。早在半個世紀前,人們就夢想將熱電材料與可見光太陽能發電結合起來開發。1954年,太陽能先驅瑪麗亞·特爾克斯用熱電材料吸收太陽熱量,并成功將熱能轉化為電能。20世紀50年代末,硅太陽能電池的效率提高到6%—8%,而熱電材料的效率卻依然保持在1%。因此,新生的太陽能光伏產業迅速崛起。20世紀70—80年代,硅太陽能電池板開始大量出現在屋頂上。
        盡管工藝不斷完善和進步,太陽能電池的轉換率依然停滯在15%—20%之間,第一代晶硅電池的效率和成本似乎已達到極限,難以突破,而新的熱電材料則有可能解決這些問題。2007年,美國麻省理工學院的學者開始思考能否重新挖掘這種材料,幫助太陽能電池充分利用大部分波長的陽光。如果將熱電材料和光伏太陽能電池兩者結合使用,既可以疏導高能光子,給電池降溫,還可充分利用所有的陽光波段。
        理論上講,結合熱電和光伏這兩種模式最好的方式是分譜太陽能電池,它可根據波長將陽光分隔利用。這種電池的效率將是標準硅太陽能電池的1.5倍,但實現分譜需要聚光器和分光棱鏡,這增加了成本。美國哥倫比亞大學的研究人員采用一種基于量子點的材料,可以只讓電子通過而不讓光子通過,確保熱量不會被光子從熱電材料的熱端帶到冷端,兩邊可以始終維持較大的電壓差,從而提高熱電材料的效率。如果把這種熱電材料和光伏發電結合起來,再加上用它截獲的光能來燒水,能源效率可以達到50%。
        美國亞利桑那大學的查爾斯·斯塔福德還發現一種多酚乙烯聚合物,通過選擇分子鏈上的功能團,有望做到讓電子按一定的方向流動,光子在這種材料中則如同陷入了蜘蛛網。這樣也能實現20%—25%的太陽能利用率,高于現有的光伏發電系統。更重要的是,這種聚合物完全可以像普通的涂料一樣刷到屋頂或墻上,然后接上電極,就能用太陽能發電了。
        在能源和環境問題日趨受到關注的背景下,如果熱電材料和太陽能發電有效結合,不失為一條破解光伏產業受制于成本和效率困境的有效途徑。
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