摘要：  从2011年至今，光伏企业在哀鸿遍野的一片萧索中艰难残喘。而技术改变企业命运，创新的技术能够降低光伏生产成本，提高效率，引领着产业的发展走向，以下为2012年度光伏业最具前瞻性和探索性的十大新技术和突破性进展产品。

关键字：  光伏，生产成本，高效率，新技术

从2011年至今，光伏企业在哀鸿遍野的一片萧索中艰难残喘。而技术改变企业命运，创新的技术能够降低光伏生产成本，提高效率，引领着产业的发展走向，以下为2012年度光伏业最具前瞻性和探索性的十大新技术和突破性进展产品。

NO.1 IBM铜锌锡光伏电池破世界纪录

关键字：铜锌锡元素电池，11.1%转换率

太阳能产业面临的一项挑战就是需要大量精力来处理太阳能电池标准以及在薄膜太阳能电池生产中对稀土金属的依赖问题。正如所提到的，用于生产薄膜太阳能的材料匮乏并且昂贵—一些元素如用于生产碲化镉电池中的镉也会给健康和环境带来潜在的问题。

为了解决此类问题，许多研究团队会考虑使用普通的金属材料来生产太阳能电池。IBM的材料科学团队与Solar Frontier以及其他团队也是如此，他们一起合作，一直致力于发展高效和经济丰富的自然材料来生产光伏电池。

他们也因此获得了成功，使用铜、锌、锡(简称 CZTS)这些常见的元素制做电池，并且光电转换率达到了11.1%。但跟其它同等产品相比效率已经高出10%。

此外，CZTS太阳能电池也运用到简单的喷墨技术里，例如印刷印刷或铸造。该材料可以直接沉积在低成本的基板上，如玻璃，金属或塑料箔。

IBM表示这种特性的太阳能电池每年将大规模量产。

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NO.2 麻省理工发明3D太阳能电池

关键字：3D太阳能电池，提高发电量20倍

今年三月，来自美国麻省理工学院(MIT)的研究团队宣布已经开发出一种三维(3D)太阳能组件结构，与普通太阳能电池板结构相比，该结构电池可以产生多达二十倍的电力。

传统的太阳能电池板，电池片是安放在平坦的基板上。MIT团队想出了一个非常不同的方法，通过建立一个塔状的立体结构，据他们说，在同样大小底面积电池板上，此结构发电量是传统结构的2-20倍。

提升性能的主要原因是3D结构垂直表面上，可以在早晨，傍晚和冬天太阳接近地平线时收获更多的太阳光。这样导致的结果是电力的可预见性和统一性。集成为一体可使市电电网比传统系统更加简单化。

虽然这样的电池片的排列方式，使得单位价格高于平板组件，但是其产生的电力可以抵消高成本。基于路面的太阳能电站，在转化相同发电功率时，可使用更少的土地，或者是在同等面积上，可发出更多的电力。

格罗斯曼教授说：“即使在10年前，这个想法在经济方面是会被认为不合理的，因为光伏组件的成本太高了”。

自那时以来，太阳能电池板的价格已大幅下降，如今在光伏系统里，大约65%的成本是花在安装，使用土地和其他方面自己，那些除本身电池片成本以外的因素。

大规模生产所面临的挑战仍然是的3D结构设计中的方式。塔状的一个商业版本将是一个运输时可平放，现场然后可展开的结构。

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NO.3 用镜子捕捉阳光发电

关键字：镜子聚光发电

发电并非是美国人罗杰·安吉尔的老本行，他在亚利桑那大学担任天文学和光学教授，是光学界的先驱人物，也是玩弄镜子的好手。他发明过一种制造望远镜的全新方法，制造出的镜面面积庞大、成像精确;而现在，他又将这种聚集星光的技术稍加改进、用来聚集阳光，希望借此提高太阳能的利用率、从而降低成本。

安吉尔的发明，关键在于聚光;而聚光的关键，在于凹镜。

安吉尔在亚利桑那大学有一间“镜子实验室”。在这里，他和同事制造出了一批长宽各为11英尺(约3.3米)的巨大镜面，所使用的方法称为“旋转烧制法”。

如何制作表面积巨大的镜面，一直是镜子制造者面临的难题。通过赋予镜子蜂窝状的中空结构，安吉尔解决了这个问题。他将玻璃渣放入巨大的模具，再将模具放进巨大的旋转炉内加热。当炉内温度达到摄氏1149度，玻璃熔成液态，并淌入模具。由于空气在轻质蜂窝状结构中循环，玻璃得以在短时间内实现热平衡。而他之所以选用旋转炉，是因为在旋转中，玻璃会自然形成抛物面、从而达到聚集光线的效果。

制造出这样一面巨镜需要一年时间，到现在，实验室已经造出了十几面蜂窝巨镜。利用这些镜子，安吉尔已经在大学里的一个废弃游泳池内，造出了一台太阳能发电的原型机，这台机器看起来有点像一个巨大的箱形风筝，一个白色钢架托起一面方形巨镜。钢架安在一个转塔上，能够追踪太阳的轨迹。为节约成本，用的是普通的窗玻璃，只是将一面涂以银色、处理成了镜子。镜面内凹，把阳光聚集在光伏电池上。聚集阳光，是为了让太阳能电池在将光能转化为电能时更加高效。据估计，这种设计至少可以反射日光中90%的能量，最高或可达98%。在整个设计中，只有追踪太阳方位的转塔是可以动的，装置在运行中发出轻微“沙沙”声，且不产生污染物。

目前为止，这台原型机还只能发出几千瓦的电能，但安吉尔指出，这些电能已经可以投入实用：“你可以用它来给电动汽车充电。试想一下，开着由太阳能驱动的汽车在市内漫游，那感觉应该相当不赖吧。”

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NO.4 日本“纸”造太阳能电池

关键字：纸造太阳能电池

9月27日，据日本媒体报导，日本大阪大学副教授能木雅也已研发出一款用“纸”作成的太阳能电池，并计划于3年后进行量产实用化。据报导，该款纸制太阳能电池可卷区、折叠、随身携带，较塑胶制太阳能电池相比，具有更优异的加工性能，预估将可大幅扩增太阳能电池的用途。报导指出，能木雅也把纸原料“纸浆”的纤维宽度压缩至现行的1/3仅15 奈米 (nm)，借此作成透明纸板，并借由印刷技术在纸板上涂上可将光能转换成电能的有机材料和银配线。

报导指出，能木雅也已试作出一款长2cm、宽5mm、厚1mm的产品，其光电转换率为3%，转换率虽远逊于现行使用于太阳能发电的太阳能电池，但和采用有机材料的太阳能电池相比，其转换率可媲美使用玻璃基板的产品。据报导，能木雅也所属的研发团队也已研发出一套可在纸板上印刷天线的技术，只要在采用该技术的纸板上搭载电子零件，就可望成为一种新型态的超薄型显示器产品。

NO.5 美纳米技术“黑硅”电池

关键字：18.2%效率，纳米技术

在美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的科学家们日前宣布采用采用纳米技术生产的“黑硅”太阳能电池效率达到18.2%。NREL据称这是该技术的巨大突破，为降低太阳能成本迈进了一大步。

为制作黑硅材料，NREL首先在硅片表面制备银纳米颗粒，然后在通过湿法刻蚀制作特殊的多孔表面结构。通过控制溶液的配比，科学家可以调整纳米结构的形态。

NREL的研究人员日前在《自然纳米技术》发表了题为“An 18.2%-efficient black-silicon solar cell achieved through control of carrier recombination in nanostructures”的文章，公布了这一结果。

黑硅材料纳米表面结构截面SEM图像

NREL称其纳米结构的光学性能要好于目前使用的减反射涂层。但是截至此前，他们使用黑硅材料制作的太阳能电池效率还无法与普通电池相比。

通过分析，研究人员认为由于表面采用纳米多孔结构，表面积大幅扩大，表面复合和俄歇复合限制了电池对光子的吸收，这也严重限制了电池的电压和电流。为解决这一问题，NREL采用浅结轻掺杂，降低表面掺杂浓度，另一方面通过更平缓光滑的纳米结构减少表面复合。通过以上两点优化，NREL最终得以制作出效率18.2%的黑硅电池。

项目首席研究员Howard Branz表示，“下一个挑战是将这一技术产业化，然后通过优化使效率突破20%。

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NO.6 “逆天”的头发发电技术

关键字：头发发电

今年11月27日，一个尼泊尔的18岁青年人发明了一项突破性的技术，利用头发取代太阳能电池板中的硅胶成分。由于头发的价格相对硅胶而言便宜很多，因此这一技术有望大幅降低太阳能成本，并给成千上万的人送去可负担得起的可再生能源。

Malin Karki已经从事了多年的研究，试图从水电电流中创建人们可负担得起的再生能源，但该项目还是过于昂贵。在进入到加德满都学校后，Karki开始阅读斯蒂芬·霍金的书籍，并从中看到了黑色素是能量转化因素之一的理论。它可以成为某种代替品吗?此后，他与其他四位同学开始研究原型设备，并发现可以为一部手机或一包电池充电。

这款原型的设备是15英寸的方形样式，可产生9V或18W的电量，制造成本大约是38美元。Karki认为，如果该设备可以大批量生产，则制造成本可有效降低。在尼泊尔，人们头发的售价大约是25美分/斤，其使用周期大概是几个月时间。头发基本上可认为是一种可再生的资源，使用太阳能电池板的人们可以自行加以补充。

如此看来，这真的是一种成本很低，技术很简单的设备，但其也确实可以在太阳能发电领域降低技术成本，为更多人带来可负担起的能源，无疑从这一点上看，它具有一定的革命性意义。

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NO.7 仿树叶模型设计光伏电池

关键字：仿树叶，提高能量输出47%

科学家于今年发现，借鉴自然界的树叶的形态，通过在光伏材料的表面增加微观的褶皱，可以提高柔性塑料太阳能电池的能量输出达到47%。

该发现已经发表在《Nature Photonics》杂志上，据该科学家说，褶皱可以做为导波器的一种，引导光波，并且增加材料曝光的机会。

“我期待这可以增加光电流，因为褶皱的表面和树叶形态学非常类似，而树叶是具有高的光吸收效率的自然系统。”普林斯顿大学的研究员和该研究论文的首席作者Jong Bok Kim说到，“当我真正将太阳能电池构建在褶皱的表面上时，其效果好过我的预期。”目前光伏电池普遍使用昂贵的硅材料，所以他们期望该发现能让人们去使用相对廉价且更高效的塑料材料。

NO.8 澳大利亚研发效率达40%的“涡轮增压”太阳能电池

关键字：“涡轮增压”太阳能电池，40%转换率

来自悉尼大学化学学院的蒂姆施密特副教授以及德国柏林的材料和能源亥姆霍兹中心的研究人员已经开发出一种被称为“涡轮增压的太阳能电池”

创新，光化学变频，在转换电力过程中经常降低转换率，只能利用太阳光谱的一部分转换为电能。

“我们能够提高转换效率，通过迫使在电池片中的两个低能红色光子加入，促成一个高能黄色光子，可以捕捉光线，然后将其转化为电力，”副教授施密特说。

同时他还强调，到目前为止，他们的努力仅仅是个开始。施密特教授说，走向40%的转换效率的道路是清晰可见的。

施密特教授研究涵盖物理学和化学的许多领域，包括光谱学基础-分子吸收光线，以及吸收后结果的方法。

这项研究获得澳大利亚太阳能研究所支持，以及澳大利亚政府150亿澳元资金支持，旨在支持光伏发电和聚光太阳能发电技术的发展。

澳大利亚太阳能研究所执行主任Mark Twidell赞扬了澳大利亚和德国的太阳能研究人员之间的合作。

“总之，澳大利亚和德国可以加速太阳能技术商业化的步伐，降低光伏发电成本，”Mark Twidell说。

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NO.9 美研发出新型塑料太阳能电池

关键字：塑料太阳能电池

今年9月，美国佐治亚理工学院的研究团队宣称，他们已经研发出一种新型的塑料太阳能电池。与传统的太阳能电池外层需要厚厚的玻璃或昂贵的密封层相比，这种新型电池外层厚度在1微米之内。研究人员从稀释溶剂中获取聚合物，并将这种聚合物进行加工，就在导体表面形成了最终的外层。

由于这种聚合物获取容易、环保、成本低廉，而且与现存的批量生产技术相兼容，因而可以令电子设备在塑料甚至纸制基板上制造，彻底改变电子产品生产要求。这种新型电池和现有的太阳能电池相比具有很大的价格优势，虽然目前研究仍处于初级阶段，但是相信它会成为未来太阳能产业的发展趋势。

NO.10 剑桥大学研究出44%效率电池

关键字：44%效率

剑桥大学于今年3月宣布，该校科学家已经新研究出更高效的太阳能电池片，效率高达44%。

目前，太阳能电池只能吸收到部分太阳光。而大部分被吸收的光能量都以热能形式丢失了，这意味着最多只有34%的太阳光能转换为电力。然而，剑桥大学的科学家们已经取得了突破性进展，可以将太阳能转换效率提高至最高44%。

科研将永不止步，去实现更多的功能。