在最近的一篇文章中，我们重点介绍了未来十年内全球光伏每年可能产生的兆瓦电量。而太阳能电池会导致光伏发电最终削减煤炭能源消耗带来的污染。

　　大数据显示世界每年排放约400亿吨的CO2，但一些研究人员根据温室效应认为总预算应该为8000亿吨。假设以线性方式进行削减，用40年的时间去削减400亿吨–那么每年大概也要消耗10亿吨。如果要替代发电中的煤炭或运输中的石油，仅光伏发电的1太瓦特每年将减少约10.5亿吨的CO2排放量。因此只要更换这两个部分，清洁的太阳能就不会让人们走上碳污染那条路，而这两个部分在总CO2预算中所占的比例很大。

　　一旦将所有煤炭从发电和石油中转移出来，就必须开始取代工业流程和类似过程中的碳排放，这虽然更具挑战性。

　　01哪些关键的突破帮助提高了太阳能电池效率？

　　在太阳能电池中外部的光会在材料内产生激发电子，但是它们通常在几微秒内变回基发态，因此很快就可以收集它们或从电池单元中提取它们。当电子通过光产生速率平衡后将会使电池获得最大电压，随着电池电压的增加，热量开始更快地向后扩散松弛。

　　太阳能电池的关键突破是钝化的发射极和后方电池，也称为PERC电池。第一次出现PERC电池是在1983年。在这个领域进行钝化意味着–减少了内部电子活动，因此阻止了激发的载流子粒子。隧道结构使我们能够控制在电池表面所发生的事情。

　　发射极是电池单元的顶部区域，这意味着我们固定了单元两侧的表面是使电池效率极大提高的工具

　　02这些PERC电池对工业产生了什么影响？

　　一直到去年的年底全球制造业太阳能电池产能中占PERC的比例为60％，所有产能都在这一年内上线。去年生产的产品中只有35-40％是PERC，因此这将是它成为商业化使用的主导技术的第一年。

　　以前的技术在此之前已经使用了40年，因此这是行业中的一个巨大变化，它确实使效率有所提高。与变革相关的一轮创造力确实非常惊人。

　　03是什么导致当前技术持续了这么长时间？

　　太阳能电池行业的标准技术正在逐步改进，因此可以看到一些领头羊公司开始研究PERC技术以使整个行业都转移到了这项新技术上。

　　其他高效的方法是使用后接触结构，由于这种结构更具额外的复杂性，因为它们需要与传统使用的硅晶片不同类型的硅晶片，这就增加了PERC单元所没有的其他障碍，过渡可能需要更长的时间，导致所有供应链都需要重新调整。

　　就市场达到一年兆瓦而言，储能是一个问题吗？开发存储非常重要，但是锂离子电池的成本下降速度几乎与光伏电池一样快-每年减少约20％。

　　04储能技术争得市场投资

　　最初在澳大利亚的实验研究中心一直在研究一种偏流抽水电，现在研究人员已将研究范围扩展到整个世界，发现了数十万个可以放置这种类型存储的站点。

　　世界各地已经有很多这样的工作系统，并且比标准环境更简单、更环保。在传统上这是比过去存储电力更好的方式，可以说是存储大量电力和最便宜的方式。

　　05新太阳能电池到家庭普及还需要多久？

　　光伏成本的降低非常迅速，实际上是在最近十年中许多电网公用事业公司正在根据购电协议购买太阳能–有人只是想在20年内以预定的价格或类似的价格来供电。

　　从2021年开始太阳能供应的一些出价来看确实非常低，对普通家庭而言那确实是一个转折点。一旦看到这些太阳能供应的竞标价格大大降低了正常的发电成本，这种太阳能电池与传统供应商相比它更具竞争优势。

　　对于传统方式的成本而言例如用煤发电，这已经变得非常便宜，但由于试图控制CO2排放而产生的额外动力，太阳能技术已被许多专家推上市场的舞台，就从两种不同技术所期望的成本而言，它现在正在反映市场的更新换代。

　　06未来的太阳能电池技术

　　迄今为止获得的最高效率是靠背接触结构。在传统电池中正触点和负触点位于相对的表面上，只是背接触结构的正面和背面都具有正触点和负触点，大多数载流子产生的激发都非常靠近前表面。

　　为了将电子保持在激发态足够的时间以使其到达触点所在的电池背面，就必须拥有非常优质的硅材料，这要比市面上销售的廉价硅材料好得多。另一个问题是使两个接触都在相对的表面上，处理过程要复杂得多，这意味着这个方法从根本上来说更昂贵。

　　这很可能就是行业发展的方式，在微电子领域可以通过减小组件的尺寸等来实现这些持续的改进，但是在太阳能领域可以通过规模经济简化处理过程以及所有类似的事情来不断降低制造电池的实际成本。

　　还有很多其他东西例如玻璃和铝制框架，要降低这些组件的成本就变得更加困难，因为它们是非常成熟的产品。如果通过提高模块效率，可以使用更少的模块来产生相同的能量，可以减少这些组件的使用。

　　总的来说这个行业正在推动越来越复杂的电池结构以提高利用效率，PERC电池可能会持续发展至少10年的时间。

　　07硅的替代品呢？

　　航天器已在本世纪初停止使用硅太阳能电池，相反使用了一种基于砷化镓（GaAs）的电池。这样做的好处是可以在砷化镓系统中非常容易地将不同组成的电池彼此堆叠，从而制造出串联式太阳能电池。

　　如果可以将不同材质的电池彼此叠放则可以设计出顶部更好的电池以便它们非常有效地转换蓝光，而底部的电池像硅电池一样可以很好地转换红光，最终整体转换效率更高。

　　替代品在商业上使用的还有另一种材料是碲化镉，对于价钱成本而言这不是一个好选择因为镉是毒性很强的金属之一，可以说到目前为止硅是其中的最佳选择。

　　使用硅可以生长晶体锭，然后将其切成晶圆可以将这些其他技术直接沉积为薄膜，这就是它们的优势。直到本世纪初人们一直认为薄膜必须比硅便宜，但是随着行业规模的扩大，制造晶圆的成本确实大大降低了。

　　08钙钛矿会在商业太阳能电池中使用吗？

　　钙钛矿在将来可能是很有前途的技术。它与硅非常匹配-它们对蓝光的响应非常好，而硅对红光的响应非常好，因此它们是串联电池方法的良好组合。

　　在效率已超过20％的七种不同电池技术中硅是迄今为止最稳定的，钙钛矿是最不稳定的。钙钛矿是物理学中一个非常热门的话题，这个领域有成千上万的人在研究生产应用和改进方面的工作，还没有任何出现的产品表明稳定性受到控制。尽管太阳能电池的普及对我们来说还有所期待但这似乎是一个挑战。