在现在和未来,人类能否发明一种技术,像植物利用阳光制造能量一样直接利用太阳能?答案是肯定的。这种技术就是具备多种优势的太阳能光伏技术。太阳能的竞争方式是核心技术竞争,谁掌握了技术,谁就掌握了能源。从中国政府制定的一系列政策来看,中国有望抢占先机。
“叶绿素式革命”
人类对光伏的追求可以总结为一句简单的话:人类要像叶绿素一样利用太阳能。
自然界一直有一套太阳光捕捉系统,从第一个绿色生命诞生算起,这套系统已经运转了247亿年。这就是光合作用。
人们对光合作用的研究已经持续了200余年,颇有收获。1845年,德国科学家迈尔首先发现植物有将太阳能转化为化学能的本领。1864年,德国科学家萨克斯发现光合作用能够产生淀粉。1880年,德国科学家恩吉尔发现了能够释放氧气的叶绿体。20世纪初,德国化学家维尔斯泰特发现了叶绿素—在绿色植物中含量最丰富,被视为捕光复合物。这是一个具有典型正20面体对称结构的空心球体,其中布满了色素分子,以便吸收光能并进行传递。
奇妙的叶绿素和光合作用激发人们做延伸思考:在自己的经济活动、工业生产和日常生活中,人类能不能发明一种人工制造的叶绿素,进而直接利用太阳能呢?
虽然人类早在19世纪就已经发现了太阳光照射到材料上引发的“光起电力”效果并进行研究,进而发现了光生伏特效应,又尝试用金属–半导体结来制造太阳能电池,但太阳能电池技术的时代直到20世纪50年代才最终到来。这主要得益于人们对半导体物理性质的深入了解,而且加工技术也上了一个新台阶。
1954年,第一个有实际应用价值的单晶硅太阳能电池在贝尔实验室诞生,其发明者是贝尔实验室的皮尔逊、富勒和蔡平。他们发现,若在硅中掺入一定的微量杂质,经过太阳光照射,其中会产生电流,而且从光能到电能的转化率达到10%左右。
因为它能实现利用光电材料吸收光能后发生光电转化,人类获取太阳能的方式也因科技的发展而逐渐走向真正的“叶绿素式”的获取。