熱電材料有望降低光伏產業(yè)成本

　　夏日已至，光伏產業(yè)卻依舊寒意未消。2011年，全球光伏產業(yè)因經濟衰退、歐盟削減補貼、產能過剩、價格混戰(zhàn)等因素進入寒冬。

　　拋開外部因素，制約光伏產業(yè)健康發(fā)展的主要因素仍是效率和成本。經過業(yè)界的不斷探索和努力，現已在技術上屢有突破。比如，日本科學技術振興機構攜手東京大學研發(fā)出了全球最薄、最輕的有機太陽能電池，厚度僅1.8—1.9微米，只有家用保鮮膜的1/5厚，可以像頭發(fā)一樣彎曲，且無需復雜的工程和高價設備，可實現低成本生產。在技術探索的同時，過去一直被業(yè)界忽視的熱電材料，近年來也開始慢慢重回人們的視野。

　　所謂熱電材料，理論上說是一種利用非可見光的發(fā)電材料。早在半個世紀前，人們就夢想將熱電材料與可見光太陽能發(fā)電結合起來開發(fā)。1954年，太陽能先驅瑪麗亞·特爾克斯用熱電材料吸收太陽熱量，并成功將熱能轉化為電能。20世紀50年代末，硅太陽能電池的效率提高到6%—8%，而熱電材料的效率卻依然保持在1%。因此，新生的太陽能光伏產業(yè)迅速崛起。20世紀70—80年代，硅太陽能電池板開始大量出現在屋頂上。

　　盡管工藝不斷完善和進步，太陽能電池的轉換率依然停滯在15%—20%之間，第一代晶硅電池的效率和成本似乎已達到極限，難以突破，而新的熱電材料則有可能解決這些問題。2007年，美國麻省理工學院的學者開始思考能否重新挖掘這種材料，幫助太陽能電池充分利用大部分波長的陽光。如果將熱電材料和光伏太陽能電池兩者結合使用，既可以疏導高能光子，給電池降溫，還可充分利用所有的陽光波段。

　　理論上講，結合熱電和光伏這兩種模式最好的方式是分譜太陽能電池，它可根據波長將陽光分隔利用。這種電池的效率將是標準硅太陽能電池的1.5倍，但實現分譜需要聚光器和分光棱鏡，這增加了成本。美國哥倫比亞大學的研究人員采用一種基于量子點的材料，可以只讓電子通過而不讓光子通過，確保熱量不會被光子從熱電材料的熱端帶到冷端，兩邊可以始終維持較大的電壓差，從而提高熱電材料的效率。如果把這種熱電材料和光伏發(fā)電結合起來，再加上用它截獲的光能來燒水，能源效率可以達到50%。

　　美國亞利桑那大學的查爾斯·斯塔福德還發(fā)現一種多酚乙烯聚合物，通過選擇分子鏈上的功能團，有望做到讓電子按一定的方向流動，光子在這種材料中則如同陷入了蜘蛛網。這樣也能實現20%—25%的太陽能利用率，高于現有的光伏發(fā)電系統(tǒng)。更重要的是，這種聚合物完全可以像普通的涂料一樣刷到屋頂或墻上，然后接上電極，就能用太陽能發(fā)電了。

　　在能源和環(huán)境問題日趨受到關注的背景下，如果熱電材料和太陽能發(fā)電有效結合，不失為一條破解光伏產業(yè)受制于成本和效率困境的有效途徑。