很快超薄輕柔的太陽能電池可以夾在我們的襯衫上來供電了

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當人類在開發一種新的太陽能技術時，通常來說的規律來看，普遍進展非常緩慢。以硅太陽能電池為例，它是當今光伏發電技術中最普遍、最容易識別的形式。上世紀50年代初，當硅板首次被製造出來時，它們只能將大約6%的光能轉化為電能。而在30多年後，這一數字逐漸上升到20%，直到今天，也就是30年之後，平均的水平還維持在20%多的上下，進步不大。

因此，當2017年，一種新材料在不到8年的時間裡開發成功，從3.8%的轉化率躍升至22.7%時，引起了外界的普遍關注。

「這是我們第一次了解這種知之甚少材料，並且仍然能夠製造出真正高效的太陽能電池，」喬·貝瑞說。他在科羅拉多州的戈爾登國家可再生能源實驗室從事太陽能電池研究。「隨著科學家對這種新材料了解的越來越多，這種效率只會繼續提高。我的預期是，這將比以往任何時候都要快。」

這種新材料被稱為鈣鈦礦，是在地殼中發現的一種天然礦物。鈣鈦礦光伏是由一種具有相似晶體結構的不同材料製成的，這使它們具有半導體性質。他們有時被稱為「雜交鈣鈦礦細胞」，因為他們表現出各種現有的光伏特性。

華盛頓清潔能源研究所主任丹·施瓦茲(Dan Schwartz)表示:「它們就像Reese的花生醬杯一般的太陽能電池。它們為我們帶來了各自最好的部分，也帶來了更多的挑戰。」

首先是最好的那一部分：它不像典型的太陽能電池板，也就是硅必須在高溫熔爐中熔煉，然後雕刻成完美的晶圓並焊接在一起。鈣鈦礦可以像油墨一樣印刷，這意味著製造它們的過程需要更少的能量。鈣鈦礦的結構也沒有硅那麼堅硬，因此它們可以製成柔性的薄膜面板，安裝在辦公大樓的窗戶、車輛、電子設備甚至衣服上。其他類型的薄膜太陽能電池已經存在一段時間了，但它們並沒有表現出鈣鈦礦薄膜所達到的那種性能和快速改善。理論上，鈣鈦礦的最大效率是33%，以目前的改善速度，他們可能在10年內接近目標。

但我們還是要講目光放回到挑戰上來。對鈣鈦礦來說，目前最大的障礙是它們的波動性。鈣鈦礦的晶體結構容易退化，特別是在有氧氣或水分的情況下。幾年前，鈣鈦礦晶體在測試中只持續了幾個小時就失去了效力。今天，實驗室里的鈣鈦礦晶體材料一次測試可以堅持大約6周的時間。另外一種可能的修復是鈣鈦礦的「包裝」方式，或防止它們被暴露在空氣中。

另一個主要的障礙是經濟性。太陽能市場已經開始青睞光伏硅，並且成為主流，因此這個行業已經有30多年的時間來調整技術發展方向和削減利潤。與傳統的硅太陽能板直接競爭可能不是鈣鈦礦和其他新太陽能材料進入市場的優勢。鈣鈦礦的一個很有前途的應用是與其他太陽能電池相結合，像蛋糕一樣進行光伏分層。由於陽光是由許多不同波長組成的，結果表明，用目標光伏電池轉換特定波長的效率要高得多。例如，一個電池用於光譜的藍綠色一端，另一個用於紅色一端。這些組合或「多結」電池的吸收效率已經達到了40%以上，是目前市場上傳統太陽能電池板的兩倍。

矽谷初創公司Energy Everywhere的首席執行官保羅·邁斯納(Paul Meissner)表示：「將這項技術推向市場最重要的事情是對獨特使用場景吃非常開放的態度。這不僅僅是簡單的如何降低每瓦特的成本，而是我們應該如何重新構想能量形式。」

邁斯納相信鈣鈦礦是少數幾種能夠從頭開始重新設計能源系統的技術之一。目前，太陽能發電僅佔全球電力供應的2%左右。要想讓這個數字更高，需要大量廉價的太陽能電池以及大量新的區域來放置它們，而不僅僅是公用事業規模的太陽能電池板領域。有了鈣鈦礦這樣的技術，我們的建築、道路和車輛都能獲得部分甚至是全部的太陽能支持。

當這種情況發生時，邁斯納說，我們將不得不從把能源看作是從生產企業，擁有大量集中的發電廠的公司流向我們其他人。相反，我們更需要邁斯納所認為的「能源互聯網」概念。也就是一個民主化、分散化的電力系統，每個人都可以生產、使用和交易可再生能源。布魯克林的一家初創公司已經在嘗試這種能源交易，鄰居們可以互相買賣自己產生的太陽能。在其他地方，微電網正在測試一種軟體，這種軟體可以儘可能無縫的在一個複雜的供需整個網路中移動能源。

「我們的目標是讓太陽能無處不在，」施瓦茨說。「目前，鈣鈦礦為我們提供了一條最有前途的道路，在這個世界上，安裝太陽能既便宜又容易，而且過程是全自動的，就像一切水到渠成一樣。」

來源：wired

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