太阳能电池的转换效率还能提高多少？

问题描述：太阳能电池的转换效率还能提高多少？

领域专家：据外媒报道，受昆虫眼睛的蜂窝型结构启发，斯坦福大学的科学家团队发现了一种研发钙钛矿太阳能电池的关键方法，这种方法将使电池更持久耐用。钙钛矿太阳能电池比传统的硅太阳能电池便宜且容易制造。这种钙钛矿材料用于太阳电池最早是在2009年。

然而这种材料面临的一个问题是，与普通的硅太阳能电池相比，钙钛矿的盐状晶体结构使其非常脆弱。包括太阳能屋顶在内的绝大多数太阳能设备都是扁平设计。而水分、空气、热量，甚至长时间的阳光照射会使包括钙钛矿太阳能电池的太阳能设备容易损坏。

为了解决这个问题，斯坦福大学的科学家团队从自然界寻找开发灵感——或更具体地观察昆虫的眼睛。他们苍蝇的眼睛由数千个六边形排列的感光体单元组成，并受到一种“支架”的保护。该团队决定遵循这一模式，并且研发了一种蜂窝型钙钛矿微电池，其受到一个由低成本环氧树脂构成的宽度为0.02英寸的六边形支架的保护。

研究人员发现这种支架使得电池对裂缝的抵抗力更强，对电池将太阳光转化为电能的效率几乎没有影响。

该团队还测试了蜂窝状太阳能电池的耐受极端条件的能力，将其暴露于85ºC温度下和85％湿度下，能持续使用六周。

该研究论文已发表在《 能源与环境科学》杂志上。

领域专家：现在大多数PV板的效率11-19%。比较低。

太阳能转化效率分为光电转化效率和光热转化效率。

一、光电转化效率

铺垫1、首先要理解光，宏观上我们看到的太阳光是五颜六色的，也就是不同波长的光线，微观上不同的光线是光的不同频率，光的不同频率是因为携带不同的光子，而光能发电的能量来源就是光子。

光子能量 photons energy ： E=hc/λ

h 是普朗克常量 c 是光速 λ是波长

铺垫2、能隙带bandgap，发源于能带理论，是研究固体中电子运动的术语。能带隙是从键中释放电子所需的最小能量。光子携带的能量如果小于能带隙所必需的能量，则无法释放电子。以晶体硅为例，Si 的bandgap约是1.12ev，转化为光子差不多1.1波长。OK，那么太阳光在地球表面形成光谱的范围是2u--400nm,由刚才的公式可知波长越短的能量越大。

光电过程通俗来说就是光子使电子从原子键分裂出来产生载流子（charge carriers），PV板属于半导体，半导体的载流子包含（带负电的电子）负电子和（带正电的空穴）正电洞（positive holes）。



效率低的原因分三步走：

1、光打在PV板上，首先一部分会反射并没有射入PV；

2、有些光子能量不足（波长太大），达不到bandgap。科学保守估计，25%的入射自然光因为其能量值低于晶体硅的能带隙而没有被吸收，根本没有发生光电转化。

3、有些光子能量太大，导致进入PV的又有一些产生了热量。热量产生的原因是有一部分光子携带的能量太大，没有发电直接转热。科学保守估计占30%

最后剩下一部分才完成了光电转换。

因此，PV板效率低的主要原因就是不能主动的反应所有光谱。

其他原因：

1、PV板使用的材料不同，材料本身对电子流的天然抵抗力也不同，这个natural resistance还会削减PV效率。

2、板与电接触点（electrical contacts）还会有损失。

3、solar cells 最佳效率是在低温下，随着温度的升高效率会递减。而戏剧性的是PV板不得不一直在阳光底下暴晒，所以效率大幅降低

4、PV板不能够全天对光，其角度损失。

现在最新的效率可以提升到44.7%。采用多层涂层。但是太贵，一般只用于航空航天。

二、光热转化效率。这一部分我以前答过，简化了。

也就是常说的CSP，聚焦式发电。抛开储存不说。

镜子聚热--（油或水）--蒸汽--汽轮机--发电

这里面效率就涉及到热传输效率，蒸汽转化效率，卡诺循环效率和郎肯循环效率。

最主要的损失：

1、汽轮机损失



汽轮机的效率40%拉低了发电效率。

2、热传输效率，要损失40%

3、热--汽效率 要损失＞10%

所以光热的整体发电效率在30%左右。

领域专家：薄膜太阳能转化率的提升空间很大，据说可以达到40%以上。汉能的柔性砷化镓薄膜太阳能实验室转化率已经达到31.6%，量产转化率至少28%以上。全球领先。铜铟镓硒薄膜太阳能量产转化率也达到18.5%……好像大家提及不多，应该重视薄膜太阳能技术发展趋势

领域专家：汉能的柔性砷化镓薄膜太阳能实验室转化率已经达到31.6%，估计量产后最次的也能超过20%吧，汉能已经量产其他材料的薄膜电池了，还上市了汉瓦，薄膜发电纸，不知道为什么我经常看到有人诋毁汉能，难道我国的企业能做到全球第一不好吗？