近來，我國東北地區(qū)嚴重的霧霾問題引發(fā)了全民吐槽。而在人們爭相吐槽的同時，如何快速發(fā)展可再生能源以有效解決霧霾問題也成為了討論的焦點。其中，經(jīng)過多年來的快速發(fā)展，太陽能發(fā)電已經(jīng)成為了全球最便宜的能源之一。但是盡管如此，相對于火電等傳統(tǒng)能源來說，太陽能發(fā)電的成本依然較高。那在霧霾肆虐之下，太陽能發(fā)電又靠什么來降低發(fā)電成本，挑起可再生能源取代傳統(tǒng)化石燃料的重任，還天空一個蔚藍呢？

俗話說，技術創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力，太陽能發(fā)電想挑起重任，就必須要通過不斷的技術創(chuàng)新來降低發(fā)電成本。追本溯源，從長遠發(fā)展來看，太陽能發(fā)電成本的降低主要依靠的是電池效率的突破。而令人欣慰的是，2016年太陽能行業(yè)的科研人員們并未讓人失望，他們用一次又一次的技術突破證明了太陽能發(fā)電的良好前景。

本篇文章，OFweek太陽能光伏網(wǎng)將為大家盤點光伏行業(yè)2016年度十大新技術和突破性進展，請關注這些技術，它們可能改變未來！

NO．1 松下推出新型高效HIT太陽能電池組件 效率達36％！

2016年2月16日，松下宣布推出創(chuàng)新型高效太陽能電池板，HIT N330 和N325 光伏組件。

該創(chuàng)新型異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)由單晶硅和非晶硅（無定形硅）層構(gòu)成。據(jù)報道，松下HIT系列電池與傳統(tǒng)太陽能電池尺寸相同，但能效居于行業(yè)領先。松下表示，松下HIT系列太陽能電池板利用 96片HIT太陽能電池，相比于傳統(tǒng)60片電池而言，不浪費空間，高溫情況下性能表現(xiàn)更好。并且，此新型太陽能電池組件幾乎適用于所有的住宅應用，每平方英尺產(chǎn)能高達36％，能極大降低系統(tǒng)安裝成本。

松下指出，其獨特的金字塔式電池結(jié)構(gòu)促成了其無與倫比的效率，可吸收更多的陽光發(fā)電，比傳統(tǒng)晶體結(jié)構(gòu)能效更高。排水架設計可排開太陽能電池板表面的積水，即便安裝角度較低，可避免積水或變干后的水漬，減少能源輸出耗損效率。

編輯點評：該電池組件亮點在于其獨特的金字塔式電池結(jié)構(gòu)，可以讓電池更大程度的吸收太陽光，從而使電池組件的效率達到了高點。除此之外，該電池組件的排水架設計也是一個亮點，這樣的細節(jié)優(yōu)化彰顯了科研人員追求完美的精神。而這正是所有的科研技術人員需要學習的東西。該電池組件的推出對整個太陽能光伏行業(yè)起到了極大的推動作用。

NO．2 薄膜CIGS太陽能電池效率刷新紀錄 達22．6％！

德國巴登符騰堡太陽能和氫能源研究中心（ZSW）宣布研制出轉(zhuǎn)換效率為22．6％的CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽能電池。轉(zhuǎn)換效率超出日本制造的電池0．3個百分點，這也是ZSW第五次重新攬回世界紀錄。

此款新型電池面積為0．5平方厘米，屬于測試電池標準大小。研究所的研究人員通過提高優(yōu)化生產(chǎn)工藝提升了電池效率性能。具體就是CIGS表面的沉積后處理，將金屬化合物摻入到該層。

銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池效率在過去三年比過去15年增長還多。由于效率提高，其發(fā)電成本快速降低。

近年來薄膜光伏效率紀錄增長勢頭迅猛，前三年時間，每隔半年左右，世界紀錄就會被刷新，每年平均提升0．7％。薄膜電池可能很快將成為已經(jīng)占據(jù)了光伏市場多年的硅基解決方案的有力競爭者。

據(jù)悉，在未來的幾個月里，ZSW將與業(yè)界的合作伙伴Manz合作，將這一最新技術從實驗室輸出走進工廠。Manz總部位于德國羅伊特林根，提供CIGS薄膜太陽能電池組件交鑰匙生產(chǎn)線。

編輯點評：晶硅電池之外的薄膜電池一直是人們關注的焦點，薄膜電池也是近年來業(yè)內(nèi)研究的重點。而CIGS太陽能電池作為一種發(fā)展相對成熟的薄膜技術，其背后的潛力巨大。目前，CIGS組件生產(chǎn)成本已經(jīng)低至和硅技術差不多。參照這幾年的發(fā)展速度，在未來的幾年，CIGS光伏技術很有可能趕超多晶硅技術，帶領薄膜光伏強勢崛起。

導讀：追本溯源，從長遠發(fā)展來看，太陽能發(fā)電成本的降低主要依靠的是電池效率的突破。而令人欣慰的是，2016年太陽能行業(yè)的科研人員們并未讓人失望，他們用一次又一次的技術突破證明了太陽能發(fā)電的良好前景。

No．3 Alta Devices雙結(jié)太陽能電池效率創(chuàng)紀錄達31．6％

Alta Devices宣布其砷化鎵太陽能光伏刷新世界紀錄，該公司生產(chǎn)出效率高達31．6％的雙結(jié)電池，此項最新技術獲得美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）認證。

2013年Alta單結(jié)太陽能電池效率紀錄達30．8％，此后不久，該紀錄被NREL趕超，然而Alta重新再次刷新世界紀錄。

Alta Devices通過多項突破性技術來使用砷化鎵制造太陽能電池片，在單結(jié)太陽能技術領域?qū)崿F(xiàn)了世界最高能效。此次，阿爾塔推出的全新雙結(jié)技術建于之前的單結(jié)技術基礎之上，使用了磷化銦鎵作為基底之上的第二個吸收層。相比單結(jié)設備，磷化銦鎵利用高能光子的效率更高，所以在等量太陽光下，新的雙結(jié)技術產(chǎn)生的電量更多。該公司的太陽能效率已經(jīng)獲得能源部的國家可再生能源實驗室（NREL）測量和認證。

Alta現(xiàn)在保持單結(jié)雙結(jié)砷化鎵薄膜太陽能電池技術世界紀錄。但是還面臨將此實驗室研究技術創(chuàng)新投入到批量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。

編輯點評：2015年，中國的漢能薄膜將美國Alta Devices公司收為旗下，當時Alta Devices掌握的砷化鎵（GaAs）柔性薄膜電池技術是世界最領先的薄膜太陽能電池技術，其雙結(jié)電池片的發(fā)電效率已達30．8％。而經(jīng)過一年的技術資源整合，Alta Devices的電池技術再次爆發(fā)，將雙結(jié)電池片的發(fā)電效率提高到31．6％。而更讓人興奮的是，Alta Devices的單結(jié)砷化鎵薄膜太陽能電池已經(jīng)開始量產(chǎn)。可以預見的是，隨著技術的進步及成本的降低，薄膜光伏將逐步崛起。

NO．4 多接合硅晶太陽能電池效率突破30％！

德國Fraunhofer太陽能系統(tǒng)研究所（ISE）與奧地利公司EV Group（EVG）合作，成功以硅晶太陽能電池為基礎，加上擁有兩個電極的多接合太陽能電池技術，讓太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率一舉沖高到30．2％。

具體來說，F(xiàn)raunhofer ISE和EVG的研究員透過直接外延片接合（direct wafer bounding）工藝將微米級的三五族半導體材料轉(zhuǎn)換為硅材；經(jīng)電漿活化后，外延片表面的次電池（subcell）將呈現(xiàn)真空狀接合，使三五族次電池表面的原子與硅原子緊密接合，形成以硅材為基礎的次電池。

而透過堆疊磷化銦鎵（GaInP）、砷化鎵（GaAs）、硅（Si）等三種次電池所構(gòu)成的多接合電池，能吸收更廣光譜的太陽光，轉(zhuǎn)換效率也能大幅提升。Fraunhofer ISE和EVG成功使4平方公分面積的三五族半導體／硅材多接合電池之轉(zhuǎn)換效率提高到30．2％，突破了硅晶太陽能電池的理論效率天花板29．4％，并由Fraunhofer實驗室檢證完成。

編輯點評：在目前已大規(guī)模商業(yè)化的硅晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率很難超過23％的情況下。該項技術突破了硅晶太陽能電池的理論效率值，讓業(yè)內(nèi)人士對未來的高效太陽能光伏電池生出無限憧憬。目前，雖然這類三五族半導體／硅材多接合電池的成本仍然高昂，但是三五族半導體磊晶工程和接合技術等都有成本降低空間。所以，這項技術未來仍然有很大的提升空間，屆時，突破效率天花板的高效硅晶太陽能電池將會有量產(chǎn)的那一天。

導讀：追本溯源，從長遠發(fā)展來看，太陽能發(fā)電成本的降低主要依靠的是電池效率的突破。而令人欣慰的是，2016年太陽能行業(yè)的科研人員們并未讓人失望，他們用一次又一次的技術突破證明了太陽能發(fā)電的良好前景。

NO．5 弗勞恩霍夫聚光光伏組件效率創(chuàng)新高 達43．3％！

弗勞恩霍夫ISE在2014年創(chuàng)造新的太陽能電池效率之后，宣布使用聚光光伏（CPV）技術的太陽能電池組件效率再次刷新世界紀錄。據(jù)位于弗萊堡的研究院透露，此款新型迷你CPV組件包括四結(jié)太陽能電池，效率刷新了世界紀錄達43．3％。

弗勞恩霍夫ISE Andreas Bett博士表示：＂此項新技術創(chuàng)造了聚光光伏技術新的里程碑，展現(xiàn)出其工業(yè)應用的潛力。＂

聚光光伏技術經(jīng)常使用多結(jié)太陽能電池。CPV技術廣泛應用于太陽輻射大的地區(qū)。2014年，弗勞恩霍夫及其合作伙伴法國Soitec公司及其法國研究機構(gòu)CEA－Leti，創(chuàng)造了光電轉(zhuǎn)化效率高達46％的太陽能電池，是光電轉(zhuǎn)化效率的最高紀錄。

編輯點評：被稱之為第三代光伏技術的高倍聚光光伏發(fā)電技術的發(fā)展向來引人注目，其光電轉(zhuǎn)換效率理論上可達70％。近年來，聚光光伏技術創(chuàng)造的光電轉(zhuǎn)換效率屢創(chuàng)新高，極高的轉(zhuǎn)換效率總是讓光伏人士眼前一亮。但是，目前聚光光伏項目一般都是通過一個支架直接安放在地面上，假設全部安裝在屋頂?shù)脑挘瑒t存在維護和安裝上的困難。如果未來這一問題不解決的話，聚光光伏的發(fā)展將會因為難以安裝到屋頂上而受限制。

NO．6 光伏電池能效記錄再次被打破 高達34．5％

澳大利亞新南威爾士大學（UNSW）打破了光伏電池的能效記錄，將太陽能轉(zhuǎn)換效率提升到了驚人的34．5％。此前，美國的Alta Devices曾創(chuàng)下了24％的轉(zhuǎn)換率記錄，但UNSW下屬澳大利亞先進光電中心高級研究員Mark Keevers和Martin Green打造的新設備，又將性能提升了不少。2014年的時候，他們曾利用鏡子集中光線的方式，將轉(zhuǎn)換率定格在了40％以上。不過這一次，新設備并未＂作弊＂，而是在正常光照條件下取得的這一成績。

　　UNSW的Mark Keevers展示手上的裝置

新裝置由嵌入棱鏡的四片迷你模塊結(jié)合而成（大小為28cm2），當陽光照射棱鏡的時候，會被分成四段輸入四聯(lián)接收器，從而增加了可從陽光中獲取到的能量。

　　新裝置的工作示意圖

在玻璃棱鏡的一側(cè)，是一片硅光電池（silicon cell）；在另一邊，則是三結(jié)太陽能電池（triple－junction solar cell）。這種太陽能電池有三層，各自對應不同的光波，能夠最有效地利用光能，而剩下的光能會傳遞到下一層、最終紅外光波會被篩出反彈到硅光電池那邊。

Green表示：＂業(yè)界多年來一直未能達到這一效率水平，而近期德國Agora Energiewende的一份研究，還認為要到2050年才能讓非聚焦太陽能收集模塊的效率達到35％并走入家庭應用＂。

Keevers在一篇聲明中稱：＂通過讓每一束光線產(chǎn)生轉(zhuǎn)化成盡可能多的能量，對于降低太陽能發(fā)電成本是極為重要的，因其降低了所需的投資、回報也來得更快＂。

編輯點評：毫無疑問，該項技術是極具爆炸性的，34．5％的轉(zhuǎn)換效率讓人驚訝。更難能可貴的是，該紀錄是在正常光照條件下取得的。而遺憾的是，由于結(jié)構(gòu)太復雜、量產(chǎn)成本過高，當前的原型裝置并不適合在屋頂上大規(guī)模應用。所以該項技術未來想要形成發(fā)展，還需要降低復雜程度，并減少邊際成本。

No．7 英美大學開發(fā)串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池效率有望超30％！

美國斯坦福大學與英國牛津大學的研究人員宣布，利用涂布技術制作的串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了20．3％的高轉(zhuǎn)換效率，并且該電池具備高耐久性。預計將來轉(zhuǎn)換效率有望超過30％。論文已發(fā)表在學術雜志《科學》上。

串聯(lián)型太陽能電池，是以兩層太陽能電池更有效地利用太陽光，以提高轉(zhuǎn)換效率的技術。具體來說，第一層主要吸收太陽光中波長稍短的光和紫外線，第二層吸收波長稍長的光和紅外線。

現(xiàn)有的串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池中，有在硅系太陽能電池上層疊鈣鈦礦太陽能電池的例子。此次與這類案例不同，其兩層都是鈣鈦礦太陽能電池，分別是在玻璃基板上以涂布技術制作，再貼合到一起制成串聯(lián)型。

　　制作的串聯(lián)型太陽能電池的截面照片

下面的紅色層面向短波長光，上面的褐色層面向長波長光（攝影：Giles Eperon）

兩層都制成鈣鈦礦太陽能電池的困難在于第二層的制作。此次單層具有14．8％轉(zhuǎn)換效率、主要支持紅外線的鈣鈦礦太陽能電池的實現(xiàn)，除了使用鉛（Pb）的普通材料外，還采用了錫（Sn）和銫（Cs）。將其用于串聯(lián)型，獲得了20．3％的轉(zhuǎn)換效率。

據(jù)稱，鈣鈦礦太陽能電池，尤其是基于Sn的電池存在耐久性非常短等問題，而此次的制作大幅提高了耐久性。該太陽能電池在100攝氏度大氣壓環(huán)境下4天的實驗中表現(xiàn)出了良好的耐久性。

編輯點評：發(fā)展迅速的鈣鈦礦電池，近幾年來一直是太陽能產(chǎn)業(yè)的研究熱點。鈣鈦礦技術具有巨大的潛力，有望在實現(xiàn)和砷化鎵一樣高的性能的同時實現(xiàn)比多晶硅電池還低的制造成本。盡管鈣鈦礦太陽能電池還存在諸多問題，但是近年的技術進展已經(jīng)表明，鈣鈦礦光伏技術并沒有難以逾越的原理性問題。該串聯(lián)型鈣鈦礦太陽能電池不但效率突破到了一個新高點，而且提高了鈣鈦礦電池的耐久性，使得鈣鈦礦電池的發(fā)展向前邁進了一大步。

NO．8 石墨烯＋光伏太陽能電池雨天發(fā)電不用愁

多年來，工程師和材料學家在提高太陽能電池發(fā)電效率、擴大儲電容量上的作為頗多。但是此太陽能發(fā)電仍需要天氣的配合，當碰到下雨或多云的天氣，太陽能電池的發(fā)電效率也隨之大打折扣。中國科學家借助石墨烯成功開發(fā)出一種雨天也能發(fā)電的新型太陽能電池。

中國海洋大學（青島）與云南師范大學（昆明）的科研團隊在德國期刊《應用化學國際版》上發(fā)布研究報告詳細闡述了這項成果，為了使得雨水也能產(chǎn)生電能，研究人員在高效染料敏化太陽能電池表面上覆蓋了一層石墨烯薄膜。在遇水的情況下，石墨烯的電子可吸引正電荷離子，即路易斯酸堿電子理論，這一屬性也可用于去除溶液中的鉛離子和有機染料。

　　原理圖

該科研團隊受路易斯酸堿電子理論啟發(fā)，使用石墨烯薄膜來從雨水中獲取電能。要知道，雨水并不是毫無雜質(zhì)的純凈水，其中含有能分離成正負離子的鹽份，其中正電荷離子主要為鈉離子、鈣離子與氨鹽基。為了巧妙利用這些化學成分，科學家選用了能夠吸引正離子的石墨烯薄膜，在雨水與石墨烯的接觸點上，這些成分會被吸附到石墨烯表面，這層帶正電的離子層會與石墨烯的負電電子作用結(jié)合，形成一個電子與正電荷離子組成的雙層結(jié)構(gòu)，能起到電容器一樣儲備電能的效果，雙層間的勢能差足以產(chǎn)生電壓和電流。

在測試過程中，科學家們在染料敏化太陽能電池上加了一層石墨烯薄膜，然后把它們放在一種由銦錫氧化物和塑料制成的柔韌且透明的基質(zhì)上，由此形成的柔韌度高的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為6．53％，并能從用來模擬雨水的鹽水中產(chǎn)生數(shù)百的微伏特（microvolt）。

“未來太陽能電池的發(fā)展趨向可能是全天候的。”唐群委說，但這一研究尚處于概念階段，距離投入商用還需很長一段時間。唐群委還表示，他們未來的研究力度將集中于如何有效控制雨水中的各種離子，以及如何利用雨中那些常見的低濃度離子發(fā)電。

編輯點評：夢幻變成真實，雨天也能發(fā)電的太陽能電池，將打破太陽能發(fā)電一直以來的軟肋。在這一點上來說，這項技術毫無疑問是極具開創(chuàng)性的。未來，這項技術在雨量充沛但太陽能資源不夠豐富的地區(qū)、酸雨多發(fā)地區(qū)、以及島礁供電和海上航行等領域都能派上用場。如果未來該項技術能得到持續(xù)發(fā)展，光伏電站將擺脫發(fā)電雨天不能發(fā)電的桎梏，為全球帶來穩(wěn)定的供電。

導讀：追本溯源，從長遠發(fā)展來看，太陽能發(fā)電成本的降低主要依靠的是電池效率的突破。而令人欣慰的是，2016年太陽能行業(yè)的科研人員們并未讓人失望，他們用一次又一次的技術突破證明了太陽能發(fā)電的良好前景。

NO．9 生物太陽能電池：苔蘚居然也能發(fā)電

西班牙加泰羅尼亞高級建筑學院的學生Elena Mitrofanova提出一項以苔蘚為介質(zhì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，直觀看來，是一組種植苔蘚的立面中空模塊化墻磚。

　　立面的苔蘚光伏發(fā)電系統(tǒng)

在光合作用過程中，植物利用光能把周邊環(huán)境中的二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機化合物。＂（苔蘚）釋放的有機化合物進入含有共生菌的土壤，細菌為生存對有機化合物進行分解，這一過程就產(chǎn)生了含有電子的副產(chǎn)品。＂Mitrofanova說，＂只需為這些微生物產(chǎn)生的電子提供一個電極，這些電子就能被收集且發(fā)電。＂

一個苔蘚發(fā)電單位就是一個完整的生物電運行系統(tǒng)，由陽極生物材料（苔蘚）、陽極、陰極、陰極催化劑、允許正電荷（主要是質(zhì)子）從陽極生物材料向陰極轉(zhuǎn)移的＂鹽橋＂組成。陽極即水凝膠和導電碳纖維組成的無土基質(zhì)，水凝膠是一種可吸收其自身重量400倍的水分的聚合物，能與苔蘚濕度互補。發(fā)電系統(tǒng)中物質(zhì)均不會破壞苔蘚的代謝運動。

將苔蘚電池設計成具有伸縮性的系統(tǒng)，可應用于城市地區(qū)是Mitrofanova的目標之一。苔蘚光伏電池的組織形式有并聯(lián)和串聯(lián)電路兩種，可安裝在建筑物的外墻。

編輯點評：相對于其他的技術，該生物太陽能電池目前的研究并不是那么的有震撼性，但是通過光合作用來實現(xiàn)太陽能發(fā)電的想法得到了實踐。而且，相比于硅制成的太陽能電池，使用生物材料制成的太陽能電池來捕獲光能更具優(yōu)勢，其生產(chǎn)成本更低，且具有自我修復、自我復制和可生物降解的功能。雖然目前該苔蘚發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量還十分有限，但是隨著未來科技的發(fā)展，該項技術將很有可能將成為人類的可行選擇。

No．10 新太陽能技術 發(fā)電效率吊打薄膜太陽能

如今，太陽能技術已取得突飛猛進的發(fā)展，薄膜太陽能發(fā)電效率已高達31％，聚光太陽能技術也已日漸成熟。然而，現(xiàn)有太陽能技術也有其技術瓶頸，發(fā)電效率始終在30％左右徘徊，但這種局面即將為新的技術所打破。日前，美國普渡大學的研究者們通過將現(xiàn)有多種太陽能技術混搭，構(gòu)建一個混合系統(tǒng)，將太陽光利用效率提升至50％。

通過技術混搭，普渡大學的研究者們創(chuàng)造了一個全新的概念，它混合了現(xiàn)有三種太陽能技術，分別是PV、熱電技術（TE）和聚光太陽能技術。當然，該系統(tǒng)并不是簡單地將三種技術累加在一起，而是充分利用太陽光譜，構(gòu)建了一個完整有序的系統(tǒng)。

首先，PV太陽能電池板能將可見光與紫外線等高能光子轉(zhuǎn)化為電能，提供系統(tǒng)約20％的電能。如采用薄膜太陽能電池板，發(fā)電效率會提升至31％。

同時，研究者們采用一種全新設計的“選擇性的太陽能吸收器和反射鏡”熱電裝置，能將太陽光熱低能光子轉(zhuǎn)化為電能，生成約5％的電能；與此同時，該熱電裝置通過使用鏡組聚光，將熱量收集并進行存儲，驅(qū)動蒸汽渦輪，生成約占本系統(tǒng)25％的電能。

普渡大學電子和計算機工程學院的助理教授PeterBermel表示，“這種做法集成了現(xiàn)有的幾種使用太陽能的方法，通過使用混合系統(tǒng)，能全光譜利用太陽光線，從而提高太陽能發(fā)電效率。”

據(jù)悉，該系統(tǒng)通過利用光譜分裂的優(yōu)點，提高太陽光利用效率，降低發(fā)電成本，并能顯著提高電網(wǎng)兼容性。理想狀況下，這套系統(tǒng)能在現(xiàn)有條件下利用太陽光效率超過50％，而單靠PV系統(tǒng)，效率最多只有31％。

目前，該項研究工作已得到美國能源部和美國國家科學基金的支持。然而，整套系統(tǒng)仍處于理論設計階段，為驗證其可行性，研究者們還需做進一步實驗分析。該項研究的論文，已發(fā)表在8月15日的《能源環(huán)境科學》雜志的網(wǎng)絡平臺上。

編輯點評：這也許是一項突破人類想象力的技術，將現(xiàn)下研究最熱的幾項技術揉合到一起，將會產(chǎn)生什么樣的結(jié)果？雖然該項技術還未真正面世，但是其理論設計已經(jīng)得到肯定。如果這項技術能夠成功開發(fā)并得到推廣，未來或?qū)⒏淖內(nèi)藗兊纳罘绞健?/strong>