邁向高效未來的太陽能革命

自1883年美國發明家查爾斯 · 弗里茨（Charles Fritts）創造出第一塊太陽能電池以來，太陽能技術取得了長足的進步。

弗里茨所使用的設備效率并不高，僅僅能將其吸收到的極少量的陽光轉化為電能，大約為1%～2%。如今的太陽能電池（通常以硅為基體材料）平均能夠將其吸收到的大約22%的陽光轉化為電能。更高效的太陽能電池意味著每塊太陽能電池板都可以產生更多電能，從而節省所需的材料和土地。

然而，制造硅太陽能電池也是需要消耗大量能源的過程。專家警告說，到2030年，可再生能源的生產能力必須增加至現在的三倍，才能將全球變暖控制在1.5°C以內，而太陽能預計將在其中扮演重要角色，因此該行業正在加速提高其技術的效率。

鈣鈦礦技術

近期的突破主要源自鈣鈦礦。鈣鈦礦是一種晶體化合物，科學家認為，對鈣鈦礦的利用是一種頗有前景的太陽能電池板技術。這是因為鈣鈦礦可以被制成對太陽光譜中不同顏色產生響應的材料，這意味著當它們與另一種材料（如硅）結合時，可以從同一設備中輸出更多電能。

由于更易制造、成本更低且柔性更好，鈣鈦礦正成為越來越多研究和投資的焦點，包括德國、沙特阿拉伯和中國在內的全球各地的組織都在努力研發能呈現最佳效率、最強耐用性和最低成本的鈣鈦礦變體。

在《自然》（Nature）雜志最近發表的一項研究中，中國太陽能電池組件制造商隆基綠能介紹了其在鈣鈦礦-硅串聯太陽能電池方面取得的進展。這類電池通過在標準硅電池之上層疊超薄的鈣鈦礦電池來工作。通過隆基綠能所說的“一系列技術突破”——改善電池間的結構耦合和確保有效的電荷傳輸——該公司“實驗性”地實現了33.9%的認證功率轉換效率。隆基綠能表示，這創下了這類電池的記錄，也是一個研究里程碑，因為它突破了單結太陽能電池的理論極限。

發電材料

這些創紀錄的電池非常小，只有1平方厘米，而且是在實驗室中制造的。但研究人員表示，它們具有巨大潛力，因此他們正致力于將這些高效率引入商用尺寸的電池上。

專家們對其他形式的鈣鈦礦也表示看好。這是因為鈣鈦礦可以被制成油墨，印刷在任何物體上，也可以被制成線，編織成布料、袋子或建筑材料。

牛津大學的科學家利用鈣鈦礦開發出一種發電材料，據他們稱，這種材料足夠輕薄且柔性足夠好，可以應用于手機、汽車等日常物品上。該材料經獨立認證，能效超過27%。

隨著對太陽能電池板未來發展的研究持續進行，人們還需要努力應對諸多挑戰，包括提取和加工該技術所需礦物的可持續性問題。但牛津大學的專家表示，這類研究最終可能會催生新的產業，即利用現有建筑、車輛和物體制造材料，以生成廉價且可持續的太陽能。

人工智能與量子技術優化對太陽能的利用

其他創新還探索了將太陽能發電融入城市環境的方法，包括太陽能窗戶。這些窗戶采用了一種透明的太陽能技術，能吸收紫外線和紅外線，并將其轉化為可再生能源，在此基礎上，這些窗戶可以將摩天大樓轉變為“太陽能發電站”，目前已經安裝在美國和歐洲等地的一些建筑中。

研究人員還在研發可以在黑暗中工作，或者利用雨水落在電池板上產生的摩擦力來發電的電池板，以克服太陽能的一個關鍵問題。與此同時，人工智能正被用于優化“太陽能發電站”的效率，世界經濟論壇的報告《量子技術助力社會：實現可持續發展目標的雄心壯志》也指出，量子技術被認定有能力推動太陽能電池設計的進步。

無論如何，科學家表示，太陽能有望在2050年前成為全球的主要能源。但要使其更高效、更實惠和更具可持續性，相關研究仍至關重要。

資料來源" World Economic Forum