中國儲能網(wǎng)訊：光伏領域的研究工作開展得如火如荼，多個國家的政府、大學以及研究機構正投如大量的資源開展該領域的研究。通過調查，多個實驗室正致力于從納米技術的角度進行薄膜和晶體的研究。其他實驗室也開展了許多十分具有創(chuàng)新性的研究工作。
美國國家能源部可再生能源實驗室NREL
Greg Wilson，NREL國家光伏研究中心主任講到，該實驗開展的研究工作主要集中在三大方面。首先是研究由元素周期表第三列和第五列元素制成的半導體材料（簡稱III-V），最常見的是砷化鎵。
太陽能電池晶元抗斷裂強度檢測裝置（NREL供圖）
第二個方面是傳統(tǒng)的單晶硅研究。NREL的工作側重于復合層疊電池，通過將性能最佳的特殊單元模塊加裝在雙結電池頂部，來吸收光譜中特定頻段的太陽能。該技術會將太陽能電池的發(fā)電效率提高百分之十。全球有多個課題組在開展此項工作，無論使用晶體生長技術還是粘合技術，如何提高該種復合電池的發(fā)電效率始終是一大技術難題。NREL對兩種連接方法都有研究，并且研究結果表明III-V作為頂部電池材料較好。
第三個方面就是NREL已研究了35年的薄膜技術。研究人員研究了多種材料，包括：碲化鎘，銅銦鎵硒（CIGS），銅鋅錫硫（CTZS）（CIGS的替代品）。薄膜技術具有諸多優(yōu)點：降低生產(chǎn)成本、減小電池體積便于安裝等等，但是也具有長期穩(wěn)定性差的缺點。
圖中所示為TetraSun光伏模塊。在陰極射線發(fā)光實驗室（隸屬于NREL的光伏設備中心）對該模塊進行特性和穩(wěn)定性測量。
賓州州立大學Penn State University
Steve Fonash，賓州州立大學納米技術研究與應用中心主任，致力于薄膜光伏電池的研發(fā)工作。他和兩名同事已經(jīng)組建了一家名為Solarity的公司，來將科研結果推向市場。
大部分薄膜電池使用的技術是納米管、量子點、熱載流子，但是Fonash采取了不同的方法。它采用了光線和載體收集管理納米架構，通過在下電極處安裝納米結構陣列，再在陣列單元周圍加裝納米罩。光線通過納米罩再照射到陣列單元，最后被吸收材料吸收。該光伏電池厚度僅為1.4mil（35um），每平方厘米有6.25億個納米罩。經(jīng)過多種材料對比研究，CIGS（銅銦鎵硒）材料效率更高，更適合于作為光伏電池的吸收材料。
Fonash團隊正在和一家公司進行合作，采用薄膜電池卷制技術，生產(chǎn)納米級的該種結構電池。
加州大學圣地亞哥分校UniversityofCaliforniaSanDiego（UCSD）
加州大學圣地亞哥分校的JanKleissl是能源研究中心副主任、首席研究員，主要研究領域是太陽能預測。
進行太陽能預測的最大優(yōu)勢可以提高電力市場的運行效率。由于風電裝機容量較大，風能預測領域已經(jīng)相對成熟。但是隨著近幾年光伏發(fā)電的發(fā)展，太陽能預測得到越來越多人的重視。
云層是影響太陽能的首要因素，但是可以通過衛(wèi)星來觀測云層分布情況，也可以通過在照相機上安裝魚眼鏡頭來拍下天空的全貌。Kleissl正在致力于實現(xiàn)每15到20分種進行一次預測。這需要使用輻射傳感器測量某地的太陽能輻射值，并使用相機拍攝下天空的景象。這兩種手段的結合可以極大地提高預測的準確率。接下來的研究方向是，建立大氣模型，根據(jù)風力、溫度和濕度仿真大氣的動態(tài)情況，并預測出明日云層的聚集情況。
UCSD拍攝的用于太陽能預測的天空云圖。（UCSD供圖）
勞倫斯·伯克利國家實驗室Lawrence Berkeley National Laboratory
該實驗室無機納米中心分子部Jeff Urban團隊主要研究方向是光伏電池穩(wěn)定性和封裝技術。該研究方向致力于使電池在惡劣的戶外環(huán)境中保持良好的運行狀態(tài)以及較長工作壽命。
該團隊研究出的新型復合材料，是將無機納米晶體和有機聚合物相結合，該種材料在保證光線有效通過的前提下，可以保障電池免受水、氧氣、硫化物和氮氧化物的侵蝕。該種材料性能優(yōu)異，外觀是透明的薄膜，厚度僅為一到兩個原子的直徑。
