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《中國能源報》 孫崇泉人-類應如何逐步擺脫對化石燃料的依賴？這是世界各國政府和科學家一直致力於解決的問題。可再生能源無疑是替代化石燃料的首選，而太陽能作為一種易獲得、儲量豐富的可再生能源，是研究人員努力發掘的焦點。然而太陽能電池轉化效率低下卻始終是人類利用太陽能的攔路虎。目前，常規太陽能電池最高轉換效率僅為30%左右。但這一現狀馬上就會有革命性的突破。美國研究人員最近在太陽能電池技術上的新突破可能會讓太陽能電池的轉換效率連跳兩級，從現在的30%直接增加到66%！
近日，在《科學》雜誌上，來自美國德克薩斯大學奧斯汀分校的化學家朱曉陽（音譯）博士，通過對半導體奈米晶粒（又稱量子點）的最新研究後表明，常規太陽能電池的轉換效率可由現在的30%的極限效率提高到超過60%。
束縛太陽能電池發展原因
太陽能電池的轉換效率之所以會有如此飛越，是因為科學家發現了一種可以有效捕獲在常規太陽能電池中以熱能形式損耗掉的高能量太陽光的方法。目前使用中的大多硅太陽能電池最大轉換效率僅為約31%，那是因為太陽光照射在太陽能電池上時，太陽光線中有很多能量太大以致于不能轉換為可使用的電能，這些能量即以所謂的“熱電子”的形式、以熱能的方式損耗。
如果這些高能太陽光線，即熱電子能夠被捕獲，那麼太陽光向電能的轉換效率從理論上來說就可以提高到66%。德克薩斯大學材料化學中心的負責人、化學教授朱博士說，他們將轉換效率如此驚人的太陽能電池稱為“終極的太陽能電池”。而要製造出這樣的電池，需要幾個步驟。首先，熱電子的冷卻速度需要放緩；其次，在這些熱電子失去它們所有能量之前，要能夠將其俘獲並儘快地使用。
量子點解決難題
朱博士介紹說，半導體奈米晶粒或量子點恰好可以滿足上述利用“熱電子”的要求，因為首先量子點可以讓熱電子釋放熱量的速度變慢，這一點在許多研究機構中已經得到證明。在2008年度《科學》雜誌的一篇論文中，來自芝加哥大學的一個研究小組的研究成果表明，在膠狀半導體奈米晶粒中可以確信能夠達到熱電子冷卻速度減緩這一目的。而現在朱博士的研究小組已經解決了這個問題的關鍵第二步，即如何獲得並利用這些熱電子。
德州大學的研究發現，熱電子可以由光激勵硒化鉛奈米晶粒中轉移到二氧化鈦組成的電子導體上，而二氧化鈦電子導體目前已經被廣泛應用，十分容易獲取。
“如果我們能夠取出這些熱電子，那麼我們可以讓其為我所用。這種熱電子轉移方式的證明，表明瞭高效熱載流子太陽能電池不再僅僅是一個理論上的概念，而同時也具有實驗上的可能性。”朱博士介紹。儘管此次研究人員使用的是硒化鉛量子點，但朱博士表示，他們的方法對其他的量子點材料也同樣適用。
朱博士同時提醒人們，這僅僅是科學的一小步，人們還需要更多科學以及工程上的研究才能製造出一個轉換效率高達66%的太陽能電池。
另外值得一提的是，目前朱博士等人正致力於解決這一科學難題的第三個方面：將熱電子連接到電導線。
朱博士說：“即使我們能從太陽能電池中取出這些熱的、快速運動的電子，但是它們在連接導線上同樣會以熱能形式損失。因此我們下一步的目標就是調整連接到電導線的介面化學特性，以最大限度地減少這部分的額外能量損失。我們希望最大程度地獲得太陽光線中的能量，這就是終極太陽能電池。”整個研究項目由美國能源部提供資金支援。
外界反響熱烈
朱博士這一技術上的成就也讓整個能源領域眼前一亮。有專家表示，這一進步是十分振奮人心的。相對於化石燃料發電，目前硅太陽能電池的成本過高，在沒有大量的政府補貼情況下，利用太陽能發電的成本偏高。隨著太陽能電池效率的提高，以及與化石能源相對持平或更低的電池生產成本，人類即將提前進入太陽能時代。化石燃料讓人類付出了嚴重的環境代價，研究人員表示，隨著科技的進步，有理由相信50年之內將百分之百地全部利用太陽能。
除了可再生能源行業外，即使與可再生能源相對的化石燃料行業的工作人員也為朱博士的研究鼓掌。一位美國石油行業普通工作人員柯蒂斯表示：“作為一個在石油工業及傳統的下游工業時代的受益者，我為朱博士和他的合作夥伴而鼓掌！我們需要進行這種研究，先設置好一個實際的可再生能源目標，然後找出解決擋在前面的難題的辦法。”
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