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科技先锋:叶绿素太阳能电池

2012-02-06 09:18
老猫
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  目前,全球每年至少要消耗13太瓦(1太瓦=1万亿瓦)能源。石油等化石能源的不可再生性,决定了人们必须寻找其替代品。

  功率达12万太瓦的太阳便进入了人们的视线。理论上,只要收集1小时的太阳能,就可满足人类全年的能源需求。

  为了有效地收集太阳能,人们尝试了各种方法,比如开发大面积、高效、低成本的太阳能电池。目前已有产业化的晶体硅(单晶硅、多晶硅)太阳能电池,部分投产的薄膜电池(非晶/微晶硅硅基薄膜、碲化镉和铜铟镓硒),以及主要处于研究中的染料敏化电池、有机薄膜电池等。

  一种叶绿素太阳能电池,因为尽可能模仿了自然界中的光合作用而备受关注。

  从阳燧取火到太阳能电池

  说起来,人类利用太阳能的历史古已有之。公元前9世纪,中国人开始用“阳燧”(凹面镜)聚光取火。公元7世纪,开始使用凸透境聚集太阳能取火。

  到了近代,太阳能的利用变得普遍。1950年代,太阳能利用领域取得两项重大技术突破:一是1954年美国贝尔实验室研制出6%的实用型单晶硅电池,二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破为太阳能利用的普遍应用奠定了技术基础。

  1970年代以来,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮。

  几十年时间,太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展,成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。比如,晶体硅(单晶硅、多晶硅)太阳能电池目前已有广泛产业化规模,薄膜电池也有部分投产。

  目前,要想大规模地推广太阳能技术,光能转化效率和能量的有效储存是两个绕不开的大难题。

  晶硅电池的光电转换效率理论上最高可达32%,目前产业化水平在14%-18%之间。但居高不下的制造成本,大大限制了其使用范围。目前晶硅电池的理论使用寿命是20年(实际运营中还要考虑到电池面的清洁,以及恶劣天气带来的意外损伤等情况),在全使用期的发电售价约为同期传统电价的2倍。

  一些新开发的高效率太阳能电池面板造价更为高昂。比如,一种转化效率高达41%的复合型光合电池,10厘米见方造价就达数千美元,而电压仅为0.5伏。连发明这种电池的德国夫琅禾费太阳能研究所所长艾克韦伯都认为:“这样高的价格,真要买来安装,谁都会犹豫的。”

  此外,如何储存能量也是难题之一。

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