随着能源危机的到来，作为新能源的代表光伏产业得到了迅猛的发展。从1839年法国科学家发现液体的光生伏特效应算起，太阳能电池已经经过了160多年的漫长的发展历史。光伏产业的不断发展，如何离得开技术的开拓创新？
新技术使染料敏化太阳能电池更高效
那些安装在屋顶上或者被阳光照射到的空地上的太阳能电池，都在悄悄收集太阳能辐射能，都是绿色能源运动的旗手。但是他们可以更高效，更耐用，成本更低吗？这是德雷塞尔大学和宾夕法尼亚大学的工程师借助小纳米技术和大量数学建模想要找到的答案。
一项为期三年的美国国家科学基金成立了一个团队，旨在探索制造新的光伏电池，使其更高效，更耐用，成本更低。该团队正在检验染料敏化太阳能电池，它可以通过光敏染料捕获辐射能，然后将其转换为电能。他们的目标是：简化太阳能电池中的电子转移过程，使其更有效地将辐射能转换为电能。
染料敏化太阳能电池目前的光电转换效率为11%-12%，科研人员正努力使其达到和硅基电池一样的效率。而目前硅基电池的效率大概是染料敏化电池的两倍。
尽管效率比较低，但是相对于轨迹电池，染料敏化太阳能电池还具有很多优势。染料敏化太阳能电池的成本低，易于生产，结构稳定，原材料丰富。而且其耐用性高，弱光下性能好，使得染料敏化电池在主流应用条件下比标准硅基电池更有吸引力。还有一点是染料敏化电池更具灵活性，可以进行一些新的应用，而这些应用可能就不适合死板的硅基电池。不过由于目前染料敏化电池效率较低，其应用还不能像硅基电池一样广泛。但是随着该团队的研究的进展，这个障碍很快就会克服掉。
“我们的终极目标是通过计算最佳的设计，分析和集成，从而设计和测试出一种高效的染料敏化太阳能电池阵列。”该项目的首席研究员，德雷克赛尔大学Masoud Soroush博士说。
该小组提出的主要策略设计使辐射的不稳定运动有机化，或者使电子更有序流动。此外，通过控制电解质基体中的材料，来维持电池内部电子的流动。
“我们正在寻求电解质和电极材料与电池设计的融合，这可以提供高的光电转换效率。” Soroush说，“最终的设计应该要使电池光电阳极和电解质间的电传导损失达到最小。”
制造一种路径
目前，太阳能电池的能量收集和输出工艺有点像狂热的消防演习。太阳能辐射撞击光敏染料，激发电子并以带电的形式发送其穿越包含电极的纳米粒子区域，并且最终输出至剩余的电路。
工程师试图通过嵌入碳纳米管来管理光生电子的快速外流，碳纳米管是一种小型圆柱石墨碳纳米管，尺寸小于10纳米，作为防止电子逃脱的围栏。
“为了使太阳能电池产生电流，光电阳极中的光生电子不得不穿越二氧化钛纳米颗粒网络，在运输过程中他们还遭遇了很多纳米界限，”该项目首席研究员，宾夕法尼亚大学的Daeyeon Lee博士说，“由于电子的随机的阐述路径，在他们到达透明导电玻璃之前一大批电子迷失在纳米颗粒网络中，也就不能发电了。”
Lee还说到，碳纳米管为电子提供了连续的路径，并且还阻止了光生电子从太阳能电池到回路电路的传输过程中的损失。随着纳米管的增加，太阳能电池总体的电荷收集效率有望提升。
完成循环
该研究的第二部分旨在替代分离太阳能电池中电子的电解质方案，转而使用一种更高效的高分子物质。电解质作为一个带负电荷离子将电子从阴极输送至阳极的内部通道，这就形成了一个电路。目前，染料敏化太阳能电池使用液体电解质，因为这易于像海绵一样的多孔电极以最大接触面积吸收液体。但是液体密封是困难的，这就会导致泄漏问题。除此之外，带负电荷粒子在液体中的传输比在高分子中的效率要低。
“使用高分子代替液体电解质可以帮助我们制造更高效的太阳能电池。和液体不一样的是，高分子不会从电池泄漏出来，并且可以使电池变得更灵活。”项目副首席研究员，来自德雷克赛尔大学的Kenneth Lau博士说，“固体高分子也可以通过关闭导致电子损失的门，来减少像使用松软液体状况下那样的电池中主要的传输损失。”
Lau的小组已经设计了一种方法使高分子嵌入海绵状的电极，这是一个挑战，也是在目前太阳能电池中使用液体电解质基体的一个主要原因之一。“简单地放置，我们已经发明了一种方法，可以直接使高分子嵌入海绵状电极，而不是将已经制备好的固体高分子压进电极。”Lau说。
制造电池
研究中的变量，包括纳米管的放置，高分子的构成，可以使原型制造和测试变成昂贵和耗时。但是有了由Soroush开发的计算材料设计程序的帮助，团队将利用自身的快速数学建模来确定材料和设计的最有效组合方式。Soroush的程序对于德雷克赛尔大学关于染料敏化太阳能电池的研究来说是独特的，且为让其达到目标给了其一个独特的优势。
“我们预测固态染料敏化太阳能电池模型将允许我们在电池性能、电池设计和材料参数之间建立一个重要的关系。”Soroush说，“我们将使用预测模型在整个电池设计参数空间去估算电池性能。通过这样，我们将能够有系统地探索并得到设计规格，这可以优化电池的运行。”
菠菜让太阳能电池板变身
小时候看过大力水手，一旦他吃下菠菜立马变得神勇无比。其实需要菠菜的不仅仅是大力水手，来自美国范德堡大学的科学家们近日宣布将在菠菜中提取某蛋白用在光电发电板上可以提高其输出效率。她们发表在《先进材料》的一篇文章中写道将硅太阳电池和光合作用的蛋白质Photosystem1（PS1）组合使用会提高传统太阳能电池板的输出电压和电流。
PS1是一种可以将光能转化为其他能量的完美蛋白，转化效率几乎达到100%，而且它便宜易提纯。当然这种蛋白不仅仅在存在与菠菜中，平常吃的绿色蔬菜几乎都有，不过在其他的植物中，包括入侵藤本野葛，使用后质量明显快速变低，可能持续性不够。
硅研究者们发现掺添PS1的硅电池板工作效率明显变高几乎是之前的生物混合动力电池板的两倍。科学家们下一步工作就是将其放大，看看其在大电池板的工作效率一遍给一些小型的电器设备供电。
硅酮让太阳能电池抗老化
虽然光伏组件提供的电力不会危害环境和气候，但是太阳能发电价格非常昂贵。因此，当务之急是尽可能增加模块寿命，比如25年或更长时间。为了达到这一目的，弗劳恩霍夫（Fraunhofer）学者在美国正研究免受环境影响的太阳能电池材料。
有时，仅仅几美分就能决定一项技术的成败。举例来说，只要是太阳能比化石燃料中提取的能量更昂贵，光伏发电在广泛开放的市场上就不具有竞争力。“太阳能发电仍然是依赖于公共补贴，在美国和德国都一样。位于美国马萨诸塞州剑桥的弗劳恩霍夫可持续能源系统CSE中心的科学主任克里斯蒂安•赫普夫纳（Christian Hoepfner）解释说：“如果我们想要将可再生能源长期渗透全球市场，那么我们必须确保让它变得更便宜。”
要达到这一目标没有秘诀：不能盲目提高效率，生产太阳能电池和模块非常昂贵。如果你想改变，你必须解决一个存在着许多变量的难题：世界各地的工程研究团队正在寻找新技术和生产方法，可以更便宜、更高效、更持久和更可靠地地制造太阳能电池和组建。
硅酮是有前途的材料之一。这是种物质非常特殊，既不是无机晶体，也不是有机高分子，但和两者都有关系。尽管到现在为止，光伏组件的封装都会用到硅酮，然而硅酮并没有广泛用于太阳能电池板。太阳能电池板就是脆弱硅晶片周围的保护层。目前，大多数光伏电池制造商使用乙烯-醋酸乙烯，或短期用EVA。
为确定硅酮是否可取代乙烯-醋酸乙烯，一个来自Fraunhofer的研究人员以及道康宁公司（Dow Corning Corporation）的研究团队合作进行研究。（道康宁公司是世界上用于医疗技术、化妆品、汽车业、纸张加工和电子产品的最大硅酮生产商。）科学家用液体硅酮涂抹光伏电池。项目经理拉法尔•密茨凯维奇（Rafal Mickiewicz）说：“当硅酮变硬，它会把电池包裹起来。电子元器件会得到优化的保护。”CSE的专家已经制出了硅酮电池板的原型，并在低温和循环载荷的气候箱中进行测试，还用闪光器对模块性能进行了测试。此外，研究人员利用电致发光成像（electro-luminescence-imaging）技术检测微裂纹。结果证明，与传统的太阳能电池组件相比在强风中，硅酮包裹的光伏组件在强风中可以循环安装更多次，特别是在零下40摄氏度霜冻条件下更是如此。
道康宁公司研究人员和弗劳恩霍夫的CSE光伏组件小组合作了两年。这一合作很好地提高了我们对太阳能电池组件材料的理解，尤其是在可持续发展和输出方面。” 道康宁的全球科技经理安迪•古德温（Andy Goodwin）说。
在此期间，测试的结果已在2011年第26届欧洲光伏太阳能会议（European Photovoltaics Solar Energy Conference）上公布。“研究结果表明，硅酮板很适合某些应用。因为硅酮能很好地保护电池表面和内部脆弱的组件。此外，它还能承受剧烈的温度波动。“有了这项技术，我们可以让硅电池更稳定，”密茨凯维奇总结道。
中美合作共同创造太阳能电池效率破世界纪录
如何提高聚合物太阳电池能量转化效率，一直是国际前沿难题。笔者昨日从华南理工大学获悉，华工发光材料与器件国家重点实验室、高分子光电材料与器件研究所与美国Phillips 66公司、Solarmer能源公司近日对外宣布：三方联合创造了单结聚合物（高分子）太阳电池效率新的世界纪录，达到了9.31%。该效率获得了位于美国加州长滩的Newport技术和应用中心光伏实验室的独立认证。
该聚合物太阳电池采用由华南理工大学高分子光电材料与器件研究所开发的水/醇溶性聚合物太阳电池界面调控材料与技术。
据介绍，聚合物太阳电池是指核心组成为聚合物（高分子）半导体材料的一种新型的太阳电池，在太阳能发电、野外便携式充电器、太阳能电动交通工具、发电式建筑外墙等方面具有广阔的应用前景。
奥尔巴尼大学拟与Ceres Technologies合作开发太阳能电池制造设备
奥尔巴尼大学拟与Ceres Technologies合作开发耗资2000万美元的新一代太阳能电池制造设备。时代联合报（Times Union）称该协议预计可提供250个工作岗位。Daily Freeman称该协议隶属美国光伏制造业联合会，将会使Ceres Technologies得到76.4万美元的税额优惠。
出现了Ceres公司新闻发布会的副州长罗伯特·达菲（Robert Duffy）称：“通过对不断发展的纳米技术部门进行投资，纽约已经使得首都地区和哈德逊山谷成为纳米技术制造商的所在地。”
NanoCollege首席执行官Alain Kaloyeros称，学校正在扩展其Halfmoon太阳能研究中心。时代联合报指出，该大学希望中试线能够启用与新的合作伙伴在Halfmoon工厂共同开发的设备。
新型高效热-电联供聚光光伏系统（CPV/T）
CPV/T技术
通过加入光学聚光部件，将阳光汇聚到一个面积很小的电池上，从而提高单位面积光照强度，大大提高系统的发电功率，同时充分利用系统产生的余热，提供生活用热水。实现了同一个系统，电、热水两联供的目的。
聚光光伏/热模块是CPV/T的核心部件，主要由初级聚光系统、二次光学元件、太阳能电池模组以及水冷却系统（如图）示。初级聚光系统主要是聚焦太阳光的作用；二次光学元件可以进一步聚光，并且可以消弱由于初级聚光系统汇聚后光的色散现象，使光会变得更均匀，提高电池片的光电效率，同时可以降低系统对跟踪精度的要求；太阳能电池模组是经过特定封装后的太阳能电池，它可以把接收到的光能转化为电能，同时模组上装有旁路二极管，起到保护作用，避免由于电池损坏影响整个模块的功率输出。水冷却系统位于电池片的下方，它能够带走系统产生的热量，降低电池片的温度，提高了电池片的光电转换效率，同时能够提供日常生活用热水。所用砷化镓电池的光电转换效率可以达到41%。
我们的新型聚光光伏技术：在聚光光伏系统中安装有高效双轴精密跟踪系统，选用时控+光控相结合的跟踪方式，能够精确控制聚光组件始终垂直于太阳入射光，可以最大限度地接收太阳光的能量。
Silevo开始大批量生产效率高达21%的太阳能光伏电池组件
太阳能电池创新企业与太阳能光伏组件制造商Silevo， Inc.今天宣布，该公司大批量制造厂生产的具有成本效益的高性能TriexTM太阳能产品已经实现了超过21%的转换效率。在批量生产领域，这样的转换效率是太阳能行业的最高水平之一，这表明该公司成功从试点生产过渡到大批量生产。
Silevo专有的Triex技术是一种混合型太阳能组件，超越了传统的硅光伏组件，能够以之前无法实现的低成本实现高转换效率和低温协同。Triex R系列和Triex U系列产品已经全面获得国际电工技术委员会（IEC）和美国保险商实验室（UL）的认证。凭借这些认证，Silevo目前正在向首批客户交付商用产品，在欧洲、美国和中国市场的合同产品容量超过250兆瓦（MW）。客户对Silevo产品初期上市的积极反应进一步证明了Silevo组件在通过提高能量采集来降低系统平衡（BOS）成本方面的领先地位，可实现行业最低的平准化电力成本（LCOE）。
Silevo创始人兼首席执行官Zheng Xu表示：“我们很高兴开始商业化生产转换效率超过21%的Silevo组件。由于过去两年太阳能电池板价格出现大幅下降，现在专心研发可大幅降低系统平衡成本并提高能量输出的技术正当其时。Silevo的Triex技术是第一款具有高转换效率、高能量输出且可扩展的低本高效产品，这将为光伏价值链中所有参与者带来新一轮有利可图的成本削减。”
Silevo专有的Triex技术使得硅光伏技术发展成为首个混合型太阳能解决方案，将高性能晶体硅N型基板、薄膜钝化层和独特的隧穿氧化层融合到单一的太阳能组件之中。凭借突破性的“隧穿连接”结构支持，这三种材料的同时使用使得Triex组件能够提供高转换效率、具有竞争力的组件成本和最理想的能源采集。Silevo生产两个系列的Triex组件：
Triex R系列组件产品是针对分布式电网应用量身定制的，在分布式电网应用中，高功率输出和小型设计对具有成本效益的安装和服务而言至关重要。组件大小仅为1.28平方米，每块电池板的功率输出为235峰瓦，这代表着18.4%的总面积组件效率。
Triex U系列组件产品功率为305瓦，大小仅为1.69平方米，可减少每个安装组件的安装成本，进而为大规模商业应用和地面安装空间利用提供支持。
Silevo首条32兆瓦生产线已通过认证，如今专注于拓展工厂产能和利用规模及购买力经济优势来满足客户的高需求。该公司正在提高产能，2013年产能将增加约230兆瓦。
9.31%！华南理工太阳电池效率破世界纪录
8月22日，华工发光材料与器件国家重点实验室、高分子光电材料与器件研究所与美国Phillips 66公司、Solarmer能源公司一起对外宣布：三方联合创造了单结聚合物（高分子）太阳电池效率新的世界纪录，达到了9.31%。该效率获得了位于美国加州长滩的Newport技术和应用中心光伏实验室的独立认证。
新记录的诞生是华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室、高分子光电材料与器件研究所吴宏滨教授团队，Solarmer材料开发团队，以及由何挺（音译）博士为负责人的Philips 66 Technology可再生能源小组三方通力合作研究的结果。该聚合物太阳电池使用了一款由Solarmer和Philips 66联合开发的电子给体聚合物，并采用由华南理工大学高分子光电材料与器件研究所开发的水/醇溶性聚合物太阳电池界面调控材料与技术。器件的制备最终由华工高分子光电材料与器件研究所研究小组完成。
据介绍，聚合物太阳电池是指核心组成为聚合物（高分子）半导体材料的一种新型的太阳电池，具有重量轻，材料来源丰富、价格低廉，分子结构设计灵活，可通过印刷技术大面积制备以及不需要高温制备工艺等诸多优点，是一种有潜力的低成本可再生能源技术，在太阳能发电、野外便携式充电器、太阳能电动交通工具、发电式建筑外墙等方面具有广阔的应用前景。因此，聚合物太阳电池自上世纪90年代发明以来，一直是国际上活跃的研究热点。其能量转化效率从最初的1%左右在2008年前后被提高到6-7%，而华南理工大学高分子光电材料与器件研究所于2011年首次在科学文献中报道了8%以上的高效率。
目前，聚合物太阳电池还处于应用基础研究阶段，处于产业化的前夜。其面临的主要技术难点在于，与传统无机半导体太阳电池相比，其效率和稳定性还需要进一步大幅提高。据悉，此项研究成果在华南理工大学完成的部分由国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）及教育部985项目等共同提供资助。
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