俄羅斯獨創全天候光電技術裝置——星電池

■ 吳州

俄羅斯發明的世界獨一無二的星電池 (如圖1)轟動科學界。它是獨創的全天候光電技術裝置，在光電轉換效率、經濟成本和性價比方面是目前世界上利用太陽能進行光伏發電和光熱發電的技術裝置遠遠不能比擬的。

該裝置不依賴于天氣條件(如云量水平)，在白天和黑夜情況下全天候地將可見光(如太陽光)和不可見紅外幅射光(如星光)轉換為電能。該裝置在白天可見光條件下，光電轉換效率為54%；在紅外光譜條件下，為31%；光子流比現行太陽電池高4倍；發出1W電能的裝置重量比現行太陽電池小1000倍。星電池的成本比所有現行太陽電池裝置的成本低許多。

星電池是相對太陽電池的稱謂。其意義在于強調它不僅能利用白天太陽的光能，甚至連夜間星星微弱的光和其他不可見光的光能都可以轉換為電能。

現行太陽能發電有光伏發電和光熱發電二種。太陽能光伏發電的轉換效率較低，我國試驗室光伏電池的效率為21%；可商業化光伏組件的效率為14%～15%；一般商業電池的效率為10%～13%。美國可再生能源研究所發明的太陽電池的最高效率也僅為34%。我國太陽能熱發電起步不久，由于該技術需要充分光源，對光照時間和強度方面有很高要求，因此其使用范圍受到很大限制。

星電池不僅高效率地利用太陽光能，而且能夠有效地利用紅外光譜范圍里不可見光的能量。這是地球浩瀚空間和神秘大自然賜給人類無窮無盡的能源寶庫中的光能被突破性地新開發和新利用。光能的這一全新的充分利用將為人類提供更多綠色、無污染和可再生的新能源，并將改變太陽能的能源產業結構和發展方向，以及當代的能源格局。

一 星電池基本工作原理

俄羅斯學者近期發明的新物質——異質電功材料是制造星電池的基礎和關鍵材料。異質電功材料的制造是在基質材料上(如硅的表面)噴涂另一種材料，如金和銀的納米級微粒。噴涂的厚度小于外部幅射光的波長，使其可將光能轉換為電能。被異質化了的異質電功材料在太陽光電磁波長的寬廣頻譜范圍里，將由具有不同波長的電磁波組成的太陽光諧整為一個頻率，從而提高電池增益作用數倍。

星電池由二個基本部件組成：異質電功材料的光電池(片)和異質電功材料的電容器。前者采集的光子流強度比太陽電池高4倍，并將可見光和不可見紅外光的光能轉換為電能。異質電功材料的光電池(片)的大小可根椐使用功率選用 (如圖2)。后者為充電和積貯電能的裝置，由于星電池的容量(安培小時)比同樣大小的普通AA電池大10000倍，因此其電能貯存十分簡便。由此二者組合的星電池具有遠優于太陽電池的轉換效率，并能在可見光和紅外幅射條件下有效工作。

俄羅斯學者研究表明，電容數值為0.11F的異質電功材料的體積為180 cm3，重量幾克。而整個巨大地球的電容量僅約為2F。從1m2星電池(片)上獲取不可見光轉換的電能為600W；而從太陽光則可獲取1300W。在全俄領土上可產生的太陽能功率為10萬GW，而全俄平均用電總量為100GW，其電源來自水力、火力和核電站。如果掌握和使用星電池，那便可直接從太陽獲取這些電能。

星電池的問世將促使新型的光電站很快出現，所有便攜式電池裝置不充電連續工作的時間可提高10倍，電動汽車和其他領域在使用星電池后將會發生革命性的變化。星電池具有社會、經濟和軍事上的重大戰略價值，以及蘊含市場發展的強勁實力和潛在商業開發的巨大價值。

綜上述，星電池具有如下優點：可見光轉換效率為54%，大大超過現行世界指標；不可見紅外光轉換效率為31%，超過現代太陽電池的指標；異質電功材料的光電池(片)的光子流超過現代太陽電池4倍；異質電功材料的光電池(片)具有半導體物質的質量，在發電量1W情況下其質量比現代太陽電池的光電池(片)小1000倍；星電池的異質電功材料的光電池(片)的成本低于現代太陽電池的光電池(片)；星電池的容量(安培小時)比同樣大小的普通AA電池大10000倍。(數據出處可查俄電視一臺2006年5月25日晚和次日早上的新聞節目)

二 星電池的推廣和應用

2006年5月25日在俄羅斯某研究所成立50周年紀念會上，該所實用研究科學中心首次向世界展示了星電池裝置，模擬了它的使用情況，比較了它的技術指標，介紹了其使用特點和工藝技術，并在會上回答和討論了與會人員提出的有關問題 (圖3)。與會人員中有俄聯邦部長和工商局的代表、俄工廠和企業代表、一些國家，如阿拉伯聯合奠長國的駐俄大使，以及美、日企業的代表。遺憾的是中國沒有人員參加。會上演示的新型光能技術裝置使與會者大吃一驚，并表示出巨大的興趣和迫切的要求。日本代表幽默地哀聲喊道：“給日本人(這個項目)吧，他們會很快地做出一切！ ”演示會上該研究所表示希望尋求星電池商業研制的合作伙伴，并邀請感興趣者在新型異質電功材料的基礎上建立和制造星電池等裝置的實驗和系列化的樣品，以及實用設備和儀器等方面進行合作。俄聯邦工商局代表也在會上宣稱，“我們將提供繼續洽談的平臺，這是一項俄羅斯政府認為必要的投資項目，我們建議進行系列會談以推動項目進展。” 在會上該研究所的科學家們承諾兩年后將推出系列產品。俄羅斯電視一臺對此作了報導。

星電池為俄羅斯該研究所屬下的實用研究科學中心發明，研究中心經理瓦列吉恩·薩莫依洛夫(B·Camoilov)被稱作“星電池之父”。他在2006年5月29日的訪談中表示，“我們在1999年就取得有關異質電功材料的最初成就，2002年我們取得了實用性結果，而現在獲得了在異質電功材料基礎上的一系列發明專利，其中包括星電池。推廣應用這些研究成果需要大量的財政資源。”

在此兩年后，筆者注意到2008年10月俄羅斯《科學技術》雜志的文章稱，“俄羅斯無人飛艇 (圖5)使用了魯恩巴(該研究所所在城市)的研究成果”，在附圖說明中則寫道，“在俄羅斯無人飛艇的整流平臺上部展開著能夠晝夜提供電能的星電池。飛艇尾部為發動機的螺旋漿”。顯然，位于魯恩巴市的該研究所發明的星電池己經成功地進入實際應用。圖中寵大的飛艇所安裝使用的星電池面積十分有限，這也表明星電池組成的光電站具有極高的工作效率。

筆者在俄羅斯生活多年，深知俄羅斯的資源豐富，直至目前包括圣彼得堡在內的許多地區的大量住宅、校舍和單位仍然沒有安裝冷、熱水表和天然氣(煤氣)表，居民按人頭交納有限費用后隨意使用。因此，星電池首先應用于重要領域而不是日常生活，并且對此進行保密就并不奇怪了。

異質電功材料己經獲得俄聯邦專利。它不僅是星電池的主要材料，也至少是應用在24個科技領域里30多種裝置和設備的主要材料，如散裝激光器、納米顯微鏡、量子計算機、納米放大器、集成電路里的不均衡組件等等。該研究所根椐異質電功材料具有創紀錄的光拆射指針的特性(其值超過現代指針10倍)制造出特種光學玻璃，同時使用異質電功材料制造出的下列世界獨一無二的裝置也獲得相應專利：電力幅射的納米放大器；電容器和集成電路里的不均衡組件；光子陰極；異質基因的光電池；光學玻璃等。

針對許多國家的科學中心表示準備支付任何費用購買這些研究發明的核心技術，該研究所的回答是，“這些發明不是用來討價還價的。”雖是如此，俄方仍然多次表示愿與感興趣者在星電池和異質電功材料及在其基礎上發明的新產品方面進行合作。 目前，星電池的實際應用開發己經獲得重大進展。筆者一直關注此事，現正策劃與俄方進行在中國市場合作開發應用的洽談。

三 結語

除星電池外，俄羅斯早就在“二十一世紀是零點能世紀”的零點能存在、理論和實驗證明的科學研究方面，以及零點能提取技術使其應用成為現實方面做了大量工作。1994年和2004年俄羅斯分別推出能量轉換效率116%～120% 的渦旋熱發生器和不使用任何燃料的功率為37kW的空氣發電機。這些似乎違反傳統能量守恒定律和永動機的裝置其實是從空氣、地球磁場、水等可再生資源里提取和使用了非傳統物理概念的能量——零點能。宇宙中所有物質都來源于零點電磁漲落能，我們可以從空間任何一點提取零點能，并轉換為所需要的能量形式。

遺憾的是，國內對星電池和零點能等世界先進能源的科學研究及實用技術和產品的了解探索、引進開發的力度遠遠不夠，甚至知之甚少，更多的是囿于現有的“新能源”和“可再生能源”。因此，創新開發各種先進的可再生新能源，應當是我國能源戰略轉移和國家發展規劃的重要任務，也是我國可持續發展的迫切需要。希望國內有識之士加入星電池和零點能開發工作，共同在能源領域里為國家、為民族做出貢獻！