愛(ài)華網(wǎng)???? 蘋(píng)果也設(shè)想過(guò)柔性太陽(yáng)能薄膜電池在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用，只要曬太陽(yáng)，就能幫手機(jī)充電。 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)亙古不變的命題是光伏效率。 哈利·阿特沃特認(rèn)為他的實(shí)驗(yàn)室將顛覆現(xiàn)有的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)。他們正在研制一種新的太陽(yáng)能面板，是現(xiàn)有面板光電轉(zhuǎn)換效率的兩倍以上。這位加州理工大學(xué)的材料科學(xué)教授認(rèn)為這完全可能。 他們?cè)诩{米尺度上研究如何“管理光”，設(shè)計(jì)更巧妙的架構(gòu)，能使光伏電池的效率有一個(gè)質(zhì)的飛躍。《麻省理工科技創(chuàng)業(yè)》雜志將這項(xiàng)技術(shù)列為“2013 十項(xiàng)突破性技術(shù)”之一。 更有效地“管理光” 太陽(yáng)能產(chǎn)生電力，是因?yàn)閬?lái)自太陽(yáng)的光子撞擊電池內(nèi)的半導(dǎo)體材料，光子的能量敲松材料中的電子，使電子自由流動(dòng)。 傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池通常是 100 微米厚，或者更厚，由單一的半導(dǎo)體材料組成，通常是硅。材料只能吸收特定的一部分太陽(yáng)光譜，通常也只能轉(zhuǎn)換不到 20% 的能量為電能，絕大部分陽(yáng)光的能量都以熱能形式散失了。 自1961 年以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)知道，在理想條件下，陽(yáng)光照射到單個(gè)p-n 結(jié)晶體太陽(yáng)能電池上，產(chǎn)生的電能數(shù)量有一個(gè)限度。這個(gè)絕對(duì)限度，從理論上說(shuō)大約是33.5%。這意味著，最多只有33.5% 的入射光子能量可以被吸收，并轉(zhuǎn)換成有用的電能。 目前，Sunpower 公司最好的單個(gè)p-n 結(jié)晶體硅電池效率為24%，阿特沃特參與創(chuàng)辦的公司阿爾塔設(shè)備（Alta Devices）的砷化鎵太陽(yáng)能電池最高的光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到27.6%。如果將半導(dǎo)體材料堆疊起來(lái)能使轉(zhuǎn)化效率大幅提高。無(wú)限p-n 結(jié)晶體太陽(yáng)能電池在聚光下的理論效率極限是86%?，F(xiàn)實(shí)中，Solar Junction 公司的三節(jié)電池在947 倍聚光下的光電轉(zhuǎn)化效率為44%。但串聯(lián)意味著在生產(chǎn)電池時(shí)，大量人力物力財(cái)力消耗在元件的疊加和制作緩沖層上，也意味著電池沒(méi)法做得很薄。 為了降低成本，也因?yàn)橛猛靖訌V泛，研究人員一直在尋求制造更薄的太陽(yáng)能電池的辦法?！氨∧る姵亍蹦芘c建筑完美結(jié)合，也更容易集成在日常用品里，如背包、帳篷、救生衣，甚至電子產(chǎn)品里。然而，較薄的太陽(yáng)能電池只能吸收較少的光線，意味著不能產(chǎn)生同樣多的電力。阿特沃特和他的同事們想到了一個(gè)解決方案。 他們求助于一種奇特的光學(xué)效應(yīng)，稱(chēng)為光學(xué)諧振（optical resonance）。 正如無(wú)線電天線會(huì)諧振并吸收特定的無(wú)線電波，納米光學(xué)天線也可以諧振并吸收特定波長(zhǎng)的光。 他們利用這種效應(yīng)設(shè)計(jì)了一種薄薄的納米楔形結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)吸光能力很強(qiáng)，能吸收 70% 的廣譜光線。它像一個(gè)棱鏡，將太陽(yáng)光分解成6—8 個(gè)不同波長(zhǎng)的部分，每一束光顏色各不相同，但每一束光都能被不同的半導(dǎo)體面板吸收。 他們利用這個(gè)理念設(shè)計(jì)出三種結(jié)構(gòu)，上述這一種已經(jīng)做出原型。太陽(yáng)光經(jīng)由一塊金屬板反射并從一個(gè)獨(dú)特的角度進(jìn)入這個(gè)特殊結(jié)構(gòu)。它由一種透明絕緣材料制成。材料表面的涂層是多個(gè)薄膜太陽(yáng)能電池，由6—8 種不同的半導(dǎo)體材料組成。一旦光進(jìn)入材料，它會(huì)遇到一系列很薄的光學(xué)過(guò)濾器。 每一個(gè)過(guò)濾器只會(huì)讓特定顏色的光通過(guò)，被特定的電池吸收，剩下的依次過(guò)濾，依次吸收。 另兩種盡管設(shè)計(jì)不同，基本的思想是一致的：那就是將傳統(tǒng)的電池和光學(xué)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，更有效地利用更廣的光譜，減少能源浪費(fèi)。 未來(lái)的光伏電池 阿特沃特說(shuō)，目前還不清楚哪一種設(shè)計(jì)最好，他們?cè)O(shè)想中的這種太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率至少能達(dá)到50%，且利用光學(xué)元件把光聚攏，會(huì)減少半導(dǎo)體元件的使用，降低成本。但生產(chǎn)這種太陽(yáng)能電池需要復(fù)雜、精確的工藝，他自己也認(rèn)為，所增加的加工成本，可以和汽車(chē) LED 燈相提并論。 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)目前進(jìn)入了整合期，給新技術(shù)的更新?lián)Q代創(chuàng)造了機(jī)遇。硅谷大佬們熱衷的事業(yè)，電動(dòng)汽車(chē)，民用航天器，五花八門(mén)的消費(fèi)電子設(shè)備都對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)給予厚望。 經(jīng)歷了硅基電池、薄膜電池，新一代的太陽(yáng)能技術(shù)，核心是聚光。現(xiàn)在已經(jīng)商用的一種聚光技術(shù)電池，和阿特沃特的思路類(lèi)似，通過(guò)采用跟蹤太陽(yáng)、聚光的技術(shù)，用鏡子、反射鏡或者透射鏡把光聚攏起來(lái)，聚到某一塊光電池上面，使發(fā)電量增加。這樣可以用成本比較低廉的光學(xué)聚光元件，取代和減少使用成本更為昂貴的半導(dǎo)體材料。
目前，效率最高的是砷化鎵光電池。阿特沃特參與創(chuàng)辦的公司“阿爾塔設(shè)備”是一家硅谷太陽(yáng)能公司，一直在致力于提高電池板的光電轉(zhuǎn)化效率，即便上述新技術(shù)離商業(yè)化還有距離，他們也擁有全球能效最高、最薄且柔性最佳的砷化鎵薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)。因?yàn)檫@種太陽(yáng)能薄膜可以無(wú)縫融入任何最終的電子產(chǎn)品，受到無(wú)人機(jī)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車(chē)、遙勘等領(lǐng)域的青睞。目前，美軍已經(jīng)采用了阿爾塔設(shè)備公司的太陽(yáng)能電池，這是世界上最輕且效率最高的，小巧的兩張A4 紙大小的電池板可以產(chǎn)生10 瓦電力。 蘋(píng)果也設(shè)想過(guò)柔性太陽(yáng)能薄膜電池在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用。今年初，媒體報(bào)道蘋(píng)果公司注冊(cè)了一項(xiàng)太陽(yáng)能多點(diǎn)觸摸面板技術(shù)的專(zhuān)利，這種屏幕技術(shù)繼承了太陽(yáng)能電池面板、多點(diǎn)觸摸傳感器以及光線傳感器，可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并通過(guò)手機(jī)內(nèi)部的能源管理單元把產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存進(jìn)電池，從而為移動(dòng)設(shè)備提供更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。 不過(guò)以目前的光電轉(zhuǎn)化效率，依賴(lài)太陽(yáng)能為手機(jī)充電效率太低，法國(guó)一家公司W(wǎng)ysips 在2013 年初推出的薄膜充電產(chǎn)品，光照10 分鐘只能接聽(tīng)2 分鐘電話。
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