澳大利亞擬研發新材料使太陽能電池變得更好、更便宜

澳大利亞新南威爾士大學（UNSW Sydney）馬丁·格林主導的光伏團隊率先開發的PERC技術被世界太陽能製造業所使用

世界上超過80%的新太陽能電池都是採用澳大利亞開發的PERC技術

在過去十年中，將陽光轉化為電能的成本下降了90%以上。太陽能是目前最便宜的新能源發電方式。

目前，太陽能以具有強大競爭力的成本幫助我們大幅減少排放，但由於太陽能提供的電力不到世界電力的5%，所以，我們還要許多這方面的改進工作可以做。

澳大利亞很可能在全球進步中發揮關鍵作用。幾十年來，澳大利亞一直走在太陽能技術開發和應用的前沿。在過去的40年里，澳洲有30年保持着硅太陽能電池的性能記錄。澳大利亞現在的人均太陽能部署比任何其他經合組織國家都多，滿足了他們近15%的電力需求。世界上超過80%的新太陽能電池板都是基於PERC技術的太陽能電池，這項技術是澳大利亞開發成功的。

那麼太陽能的下一步是什麼呢?澳大利亞各地的數百名研究人員專註於兩個目標:進一步削減成本和利用入射的陽光產生儘可能多的電力即提高光伏效率。

為什麼太陽能需要改進?

太陽能有潛力改變我們的工業、交通和我們的生活方式——如果我們把這項技術發展到極致的話。

超廉價的電力帶來了巨大的可能性，從將水轉化為綠色氫氣作為能源儲存或用於工業過程，到為交通、能源系統和其他一切我們使用化石燃料的用途提供電力。

去年，澳大利亞可再生能源機構提出了超低成本太陽能的願景。這個目標雄心勃勃，但可以實現。

該機構希望到2030年，商用太陽能電池的效率能從目前的22%提高到30%。它希望大規模的全系統成本(面板、逆變器和變速器)降低50%至每瓦0.3澳元。

這需要深入的研究。超過250名澳大利亞研究人員正在澳大利亞先進光伏中心朝着這些目標努力，該中心由6所大學和CSIRO合作建立。

尋找硅以外的新材料

太陽能電池不需要移動部件就能將陽光轉化為電能。當陽光照射在太陽能電池常用的硅材料上時，它的能量釋放出一個電子，使其能夠在材料中移動，就像電子在電線或電池中移動一樣。

你屋頂上的太陽能電池板可能一開始是沙漠中的沙子，融化成二氧化硅，精鍊成硅，再精鍊成99.999%純度的多晶硅。幾十年來，這種多功能材料一直是太陽能成功的核心。重要的是，它是可擴展的——從針頭大小到覆蓋平方公里的陣列。

但要想讓照射在這些電池板上的陽光達到絕對最大化，我們需要的不僅僅是硅。單靠硅，我們無法達到30%的效率。

來看看串聯電池——一個太陽能三明治。由於硅最多只能吸收34%的可見光，研究人員專註於添加其他材料層來捕捉不同波長的光。

鈣鈦礦是一種選擇。這種材料可以從液體來源打印或塗覆，使其加工成本低廉。當我們把這種材料堆在硅上時，我們可以看到太陽能電池效率的巨大飛躍。

雖然前景看好，但仍有一些問題需要解決——具體來說，如何確保鈣鈦礦能夠像我們所期望的硅板那樣使用20多年。

研究人員也在研究其他材料，如聚合物和硫族化合物，硫族化合物是包括硫化物在內的一組常見礦物，在薄而柔韌的太陽能電池中顯示出了前景。

任何新材料不僅要能很好地將陽光轉化為電子，而且要在地殼中儲量豐富、價格低廉、足夠穩定以確保長壽命。例如，硫族化合物是由銅、錫、鋅和硫等常見元素構成的。

如果能達到30%的效率，將會帶來巨大的收益。建立一個大型太陽能發電廠的成本將被大幅削減。有了更高效的太陽能電池，同樣的功率輸出需要更少的電池板和更少的土地。

硅太陽能電池世界頂級專家，悉尼新南威爾士大學卓越教授馬丁·格林