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李河君:中国光伏革命引领全球未来 得光伏者得天下

导读: 在现在和未来,人类能否发明一种技术,像植物利用阳光制造能量一样直接利用太阳能?答案是肯定的。这种技术就是具备多种优势的太阳能光伏技术。太阳能的竞争方式是核心技术竞争,谁掌握了技术,谁就掌握了能源。

  在现在和未来,人类能否发明一种技术,像植物利用阳光制造能量一样直接利用太阳能?答案是肯定的。这种技术就是具备多种优势的太阳能光伏技术。太阳能的竞争方式是核心技术竞争,谁掌握了技术,谁就掌握了能源。从中国政府制定的一系列政策来看,中国有望抢占先机。

  “叶绿素式革命”

  人类对光伏的追求可以总结为一句简单的话:人类要像叶绿素一样利用太阳能。

  自然界一直有一套太阳光捕捉系统,从第一个绿色生命诞生算起,这套系统已经运转了247亿年。这就是光合作用。

  人们对光合作用的研究已经持续了200余年,颇有收获。1845年,德国科学家迈尔首先发现植物有将太阳能转化为化学能的本领。1864年,德国科学家萨克斯发现光合作用能够产生淀粉。1880年,德国科学家恩吉尔发现了能够释放氧气的叶绿体。20世纪初,德国化学家维尔斯泰特发现了叶绿素—在绿色植物中含量最丰富,被视为捕光复合物。这是一个具有典型正20面体对称结构的空心球体,其中布满了色素分子,以便吸收光能并进行传递。

  奇妙的叶绿素和光合作用激发人们做延伸思考:在自己的经济活动、工业生产和日常生活中,人类能不能发明一种人工制造的叶绿素,进而直接利用太阳能呢?

  虽然人类早在19世纪就已经发现了太阳光照射到材料上引发的“光起电力”效果并进行研究,进而发现了光生伏特效应,又尝试用金属–半导体结来制造太阳能电池,但太阳能电池技术的时代直到20世纪50年代才最终到来。这主要得益于人们对半导体物理性质的深入了解,而且加工技术也上了一个新台阶。

  1954年,第一个有实际应用价值的单晶硅太阳能电池在贝尔实验室诞生,其发明者是贝尔实验室的皮尔逊、富勒和蔡平。他们发现,若在硅中掺入一定的微量杂质,经过太阳光照射,其中会产生电流,而且从光能到电能的转化率达到10%左右。

  因为它能实现利用光电材料吸收光能后发生光电转化,人类获取太阳能的方式也因科技的发展而逐渐走向真正的“叶绿素式”的获取。

  进入21世纪,科研人员对叶绿素的研究又有了新突破:为了应对弱光环境,有些植物还衍生出了吸收长波光线的色素。2010年,研究人员在西澳大利亚鲨鱼湾的一个藻青菌菌落中偶然提取到这种叶绿素,将其命名为叶绿素f。它能够吸收红光和红外线,波长范围为0.7~0.8微米(红外线的波长是0.77~1 000微米)。

  科学家们开始尝试利用光合作用原理研制电池。比如,将植物里的叶绿素提取出来,放到人工制备的膜里,从以叶绿素为主的捕光系统到光反应中心,再加上10种辅助因子(如锰、铁、镁等)的共同作用,光合作用这个复杂且精巧的系统先把光转化成电,再转化为固定状态的化学能。

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