2022-11-24
日前，香港中文大学物理系、武汉大学物理科学与技术学院教授，中国科学院深圳先进技术研究院集成所光伏太阳能中心实验室前主任肖旭东在第二十四届中国国际高新技术成果交易会先进制造展暨2022新能源制造产业服务高峰论坛上发表了《叠层太阳能电池：未来的光伏发电技术》的主旨演讲，为新能源产业带来最新技术讲解。
太阳能资源开发利用前景广阔
随着化石能源的日益耗尽，新能源的开发越来越迫切。除了水电、核电、风电等技术不断取得进展，太阳能的开发技术也不断出现新突破。
对于人类来说，太阳能安全、清洁、还具有取之不尽用之不竭的优势。肖教授介绍，每年太阳照射到地球表面的能量足足有3650Q，可以被地基转换的就有1065Q，而人类每年使用的太阳能仅需0.5Q，地基转换的太阳能量远远大于人类的使用能量。
根据研究测算，每年到达地球表面的太阳能相当于130万亿吨标煤，使用太阳能代替煤炭发电，将大幅降低二氧化碳排放量，因此国际上正逐步提升太阳能等清洁能源使用率。
肖教授介绍，根据碳中和计划，2030年，国际上光伏装机量将达到7-10TW，到2050年，太阳能与风能将成为70%的发电来源。
但想将光伏发电融入到日常生活，并提高其重要性，就需要规模化制造大面积的高效太阳电池。
叠层电池或将成为太阳能电池主要技术
由于太阳光谱的能量分布较宽，单一的半导体材料吸收光能的效率较低。为了提高同样面积的太阳能使用效率，科学界将不同的材料按照一定顺序组合排列，这种叠合结构的光伏电池就是叠层太阳能电池。
据肖教授介绍，现阶段，太阳能电池中最常用的吸光材料有两种，一种是晶硅，另一种是钙钛矿。未来十年，他更看好钙钛矿/晶硅双结叠层电池，其优势有三。
首先，在能量转化效率方面，钙钛矿/晶硅叠层电池潜力巨大。研究显示，晶硅电池的转化效率理论上限是29.3%，而钙钛矿/晶硅叠层电池转化效率的理论上可达到42%。
其次，钙钛矿/晶硅叠层电池在经济上也更为划算，能够降低发电成本。根据测算，钙钛矿的度电成本有望比火电还低，甚至跟火电拉开一毛钱到一毛五的成本差异。
第三，钙钛矿/晶硅叠层，能充分利用晶硅电池的成熟产业，在晶硅电池上直接制备钙钛矿电池。
但钙钛矿电池本身的研发面临着不小的瓶颈，其寿命短、稳定性差、天然不稳定的特质成为钙钛矿技术产业化落地的最大掣肘。
当前，全球光伏科学界正在对钙钛矿的效率衰减和稳定性进行科技攻关，新的解决方案不断涌现，也许很快就会有解决办法。作为世界经济论坛（WEF）认定的“改变人类生活的10大新兴技术”之一，钙钛矿电池的前景已经愈发清晰，一幅宏伟的产业蓝图正徐徐展开。
太阳能电动汽车具有可行性
目前，全球新能源汽车的发展如火如荼，但换电站并非随处可见，很多人都有着续航里程的焦虑。肖教授提到，如果能将柔性太阳能电池板安装到汽车上，就可以很好的规避这种焦虑。
肖教授为我们算了一笔账：假设每五平方米的柔性太阳能电池板，每天光照10小时，转换效率为20%的话，每天发电4度。按照一度电能使汽车发动6.5公里来算，汽车每天仅能行使26公里。
而使用叠层电池，并将受光面积增加到10平方米，以电池板效率提升40%计算，汽车每天可以行使104公里。理论上，如果受光面积足够大，汽车甚至可以飞起来。
生产商也大开脑洞，为了增加汽车上太阳能板的受光面积进行了无数设想。
但太阳能转换效率较低，太阳能汽车很难实现长程续航，高效率电池成本高，这都是太阳能汽车迟迟未能实现商业化的最大壁垒。
也许随着人们对新能源的认知不断提高、太阳能技术不断突破、太阳能板的功率和效率不断增加，未来太阳能板+电动汽车的构思会被实现，甚至成为常态。
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