热电材料有望降低光伏产业成本

　　夏日已至，光伏产业却依旧寒意未消。2011年，全球光伏产业因经济衰退、欧盟削减补贴、产能过剩、价格混战等因素进入寒冬。

　　抛开外部因素，制约光伏产业健康发展的主要因素仍是效率和成本。经过业界的不断探索和努力，现已在技术上屡有突破。比如，日本科学技术振兴机构携手东京大学研发出了全球最薄、最轻的有机太阳能电池，厚度仅1.8—1.9微米，只有家用保鲜膜的1/5厚，可以像头发一样弯曲，且无需复杂的工程和高价设备，可实现低成本生产。在技术探索的同时，过去一直被业界忽视的热电材料，近年来也开始慢慢重回人们的视野。

　　所谓热电材料，理论上说是一种利用非可见光的发电材料。早在半个世纪前，人们就梦想将热电材料与可见光太阳能发电结合起来开发。1954年，太阳能先驱玛丽亚·特尔克斯用热电材料吸收太阳热量，并成功将热能转化为电能。20世纪50年代末，硅太阳能电池的效率提高到6%—8%，而热电材料的效率却依然保持在1%。因此，新生的太阳能光伏产业迅速崛起。20世纪70—80年代，硅太阳能电池板开始大量出现在屋顶上。

　　尽管工艺不断完善和进步，太阳能电池的转换率依然停滞在15%—20%之间，第一代晶硅电池的效率和成本似乎已达到极限，难以突破，而新的热电材料则有可能解决这些问题。2007年，美国麻省理工学院的学者开始思考能否重新挖掘这种材料，帮助太阳能电池充分利用大部分波长的阳光。如果将热电材料和光伏太阳能电池两者结合使用，既可以疏导高能光子，给电池降温，还可充分利用所有的阳光波段。

　　理论上讲，结合热电和光伏这两种模式最好的方式是分谱太阳能电池，它可根据波长将阳光分隔利用。这种电池的效率将是标准硅太阳能电池的1.5倍，但实现分谱需要聚光器和分光棱镜，这增加了成本。美国哥伦比亚大学的研究人员采用一种基于量子点的材料，可以只让电子通过而不让光子通过，确保热量不会被光子从热电材料的热端带到冷端，两边可以始终维持较大的电压差，从而提高热电材料的效率。如果把这种热电材料和光伏发电结合起来，再加上用它截获的光能来烧水，能源效率可以达到50%。

　　美国亚利桑那大学的查尔斯·斯塔福德还发现一种多酚乙烯聚合物，通过选择分子链上的功能团，有望做到让电子按一定的方向流动，光子在这种材料中则如同陷入了蜘蛛网。这样也能实现20%—25%的太阳能利用率，高于现有的光伏发电系统。更重要的是，这种聚合物完全可以像普通的涂料一样刷到屋顶或墙上，然后接上电极，就能用太阳能发电了。

　　在能源和环境问题日趋受到关注的背景下，如果热电材料和太阳能发电有效结合，不失为一条破解光伏产业受制于成本和效率困境的有效途径。

刘邦武