足夠的陽光可以在一小時內(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，通過利用如此豐富的自由太陽能來滿足人類能源需求存在若干問題 - 尤其是制造能夠在陽光下廉價地獲取能量的半導體材料的成本。但加州理工學院和IBM的材料改進可能只會降低太陽能發(fā)電的成本。研究人員在2月14日報告說，研究生Michael Kelzenberg和加州理工學院的其他材料科學家采用了硅微絲的垂直晶體，如“草葉”，Kelzenberg說 - 可以捕獲高達85％的全部入射陽光。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％的峰值可見光，”Kelzenberg說?！坝泻芏嗬碛上嘈胚@可以用來制造薄膜太陽能電池?！?研究人員將硅片嵌入“魚缸材料”床中，這種柔性透明硅樹脂塑料稱為聚二甲基硅氧烷。僅這一點足以使桿有效地捕獲以一定角度進入的太陽光。但是中午的直射陽光未能擊中足夠的葉片以有效地引發(fā)電子流動。氧化鋁反射和散射入射的太陽光，使其能夠擊中更多的微絲。“我們可以接觸到電線的所有側(cè)壁，”Kelzenberg解釋說?！八鼊?chuàng)造了有趣的連接幾何形狀，吸收光線并收集電力?！?br />

沒有實際的太陽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，那么你肯定無法有效地將其轉(zhuǎn)化為電能，”加州理工學院的化學家Nate Lewis說道，他也參與了這項研究。硅片顯示出足夠的光吸收，使其成為“制造太陽能電池的有趣候選者”。當然，薄膜硅太陽能電池已經(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現(xiàn)了類似的效率?！拔覀兊哪繕耸侵圃煲粋€薄膜[太陽能]電池，讓您獲得常規(guī)晶圓太陽能電池的效率，”Kelzenberg說?！拔耶斎幌Ｍ吹皆谖磥韼啄陜?nèi)實現(xiàn)這一目標?！?br />

還有其他半導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，而銦價格昂貴，因為它也用于平板電視。然而，IBM的研究人員已經(jīng)生產(chǎn)出一種類似的薄膜太陽能電池，它由銅，鋅，錫，硒和硫磺組合而成 - 所有相對豐富，價格低廉的材料。根據(jù)美國能源部位于科羅拉多州戈爾登市的國家可再生能源實驗室的測試，新電池可將9.6％的入射陽光轉(zhuǎn)化為電能。


IBM及其團隊的材料科學家David Mitzi 在2月8日的Advanced Materials中報道，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”電池可以實現(xiàn)近7％的效率 - 不足以在現(xiàn)場部署，實驗室效率通常至少減少一半但很有希望。通過改變硫和硒的比例，Mitzi和他的同事們能夠?qū)⒀┦澜缣柲茈姵氐恼w效率提高40％。“增加硫含量會增加設備的開路電壓，”Mitzi說。并且“這不僅僅局限于低效率”，這意味著還有更大的改進空間。


IBM本身也有no plans to manufacture such kesterite cells，更愿意許可該技術。但該集團也在制造過程中取得了突破。典型的薄膜太陽能電池是通過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蒸發(fā)材料并保持真空以及強化質(zhì)量控制以小化引入的缺陷。但是，IBM團隊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從計算機硬盤制造商等行業(yè)引入太陽能電池業(yè)務。Mitzi說，這兩種技術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。陶氏化學和全球太陽能已經(jīng)創(chuàng)造了一種采用CIGS薄膜電池發(fā)電的太陽能屋頂瓦。 但是，盡管屋頂和地面光伏電池板的持續(xù)繁榮，太陽能發(fā)電占美國電力的約0.1％需要。新的薄膜技術旨在以低廉的價格提升這一點?！俺翘柲苣軌蜻_到與傳統(tǒng)碳基能源競爭的成本點，否則它不會起飛，”Mitzi說。太陽能“產(chǎn)量接近千兆瓦規(guī)模。但如果想真正讓太陽能起飛并解決世界范圍內(nèi)的大規(guī)模能源問題，那么就需要增加數(shù)量級?！?br />

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