新技术可能彻底改变太阳能产业

• 德国研究人员开发了一种新型太阳能电池设计，利用有机染料来捕捉更广泛的阳光。
• URPB系统在实验室测试中达到了38%的能量转换效率，而传统有机染料只有1%。
• 这项技术有可能通过创造更薄、更轻、更高效的太阳能板来彻底改变太阳能生产方式。

随着各国政府大力推动绿色转型，全球各公司正大举投资研发创新方法，以提高可再生能源生产效率。新技术正在使传统可再生能源项目，如太阳能和风电场，变得更加高效，因为公司们正建造更强大的面板和更大的涡轮机。现在，一支德国团队认为他们已经找到了一种可以大幅增加太阳能产量的新光收集系统。

传统太阳能电池依赖于吸收整个可见光谱，但只有微弱吸收力的基于硅的太阳能电池。这些太阳能电池必须几微米厚，才能吸收足够的质子以产生电力。这使它们重量大、昂贵，难以安置在小空间中。相比之下，由有机染料组成的薄膜太阳能电池既更便宜又更轻，只有100纳米厚。然而，它们只能吸收太阳光谱的一小部分。多年来，科学家一直在寻找解决方案，旨在使太阳能电池更高效，同时降低重量和成本。

如今，德国巴伐利亚州维尔茨堡大学的科学家们认为他们可能已经发现了必要的结构，可以大幅增加太阳能发电量。研究人员最近在《化学》杂志上发表了一篇文章，展示了一个名为URPB系统的使用，即紫外线、红色、紫色和蓝色的系统，它基于植物和细菌中的光合天线，能够有效捕捉阳光。URPB模型使用四种不同的染料，堆叠在精确的结构中，使它们能够高效地吸收紫外线、可见光和近红外波长的光。

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在测试阶段，研究团队能够将38%的入射光转换为有用能源。而四种染料单独的转换率不到1%，最多为3%。维尔茨堡大学化学教授弗兰克·维尔特纳 解释，“我们的系统具有类似无机半导体的能带结构。这意味着它可以全谱吸收整个可见光范围的光。它利用了有机染料的高吸收系数。因此，它可以在一个相对薄的层中吸收大量光能量，类似于自然光收集系统。”

下一个挑战将是将该过程扩大至商业应用。虽然该技术在实验室环境中生产能源取得了成功，但是在将新技术投入实际应用时总会面临更大挑战。

这只是全球范围内正在进行测试的最新技术之一，目的是增强太阳能发电生产。受到更高水平的公共资金和税收优惠等金融激励措施的推动，以及推动全球可再生能源产能提升，以减少化石燃料消耗的需求，全球公司正在太阳能行业大力投资研发。过去十年里，太阳能发电生产取得了长足进步。太阳能电池效率从2012年的约17%提高到今天的22%至29%，生产成本下降，太阳能电池每瓦特价格从2000年的约5美元降至今天的不到50美分。

根据国际可再生能源机构（IRENA）的数据，太阳能光伏是全球增长最快的能源来源，自2010年以来增长了约26倍。截至2022年底，全球太阳能光伏装机容量为1,047千兆瓦，其中仅2022年就新增了191千兆瓦。

今年早些时候，土耳其研究人员 发表研究论文，展示了一种半球形光伏太阳能电池结构的潜力，他们相信这种结构可比传统平面面板吸收多达66%的光。该团队现在正试图制造一个原型来测试这项技术，在计算机模拟中看起来很有前景。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）也备受青睐，因为其高性能和低成本。近年来，钙钛矿太阳能电池取得了显著进展，效率从2009年的约3%提高到今天的 超过25%。这促使美国能源部（DoE）和其他全球公共和私营机构大举投资于改进PSC技术。

迄今为止，大多数PSC测试是在实验室环境中进行的。然而，由北卡罗来纳大学领导的跨国研究团队正在将测试移至室外。美国能源部的钙钛矿光伏加速器来推进技术商业化（PACT）中心成功在室外使用该技术达到了29周，并实现了超过16%的操作效率。美国国家可再生能源实验室的化学研究员劳拉·舍尔哈斯 解释，“实地展示是向商业化迈出的重要一步，我们希望通过PACT提供这些能力，研究人员和公司可以利用这些数据来获得改进的可靠性。”

作者：Felicity Bradstock for Oilprice.com

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