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太阳能电池板的未来(1)

  不同代际的太阳能电池板处于不同的技术生命周期阶段,目前已经研发出四代太阳能电池。

  其中以晶体硅为基础的第一代太阳能电池早已实现产业化,其生产技术成熟,但限于资源及光电转换效率,这些产品面临淘汰,处于技术生命周期的衰落期;以薄膜材料为主的第二代太阳能电池技术基本成熟,然而其制造难度大、成本高,其产业化进程受到很大限制,处于迈入技术成熟期的前端,如果能够在降低成本提高产量方面有所突破,第二代太阳能电池有望迅速占领市场的大部分份额;相比之下,第三代、第四代太阳能电池仍处于电池材料开发的萌芽阶段,虽然其应用潜力已在实验室中得到证明,但尚未达到大规模生产的水平,处于技术生命周期的萌芽期。本文将归纳太阳能电池领域的潜在技术。

  首先是基于材料吸光度的多层结构设计。

  吸光度(Absorbance)是衡量材料吸收光的能力的物理量,吸光度越大,材料对光的吸收能力越强,光的透过率越低。同时,由于材料本身性质不同,材料吸收光线的波长范围往往也有差异,在红外线、可见光、紫外线等波长范围内分布不均。

  传统的太阳能电池中,通常采用单一的电池材料完成光电转换,其效率直接取决于材料性质。随着人们对电池材料的认识不断深入,研究人员发现可以利用材料吸收特定波长光线的性质,选择性地透过其他波长范围的光,在原有材料的下层分布其他电池材料对透过光进行再吸收,进而弥补单一电池材料光电转换的不足,在全波长范围内充分利用光能。

  原理上,多层结构弥补了传统太阳能电池对光能利用率低的不足,有望提高光电转换效率。但是在实际操作中,多层结构向研究人员提出了更高的要求:一方面,电池材料多种多样,每种材料都拥有各自的吸光特性,如何遴选材料使之在吸收波长得到互补、在吸光度上互相匹配,是多层材料设计的最大难点,如果处理不当将导致材料资源的浪费,还会提高成本;另一方面,多层结构的实现对材料制备工艺提出挑战,如何匹配不同材料的合成条件、采用适当的工艺保证不同材料在多个层级上分布是亟待解决的关键技术。

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