太陽能的案例
重慶大學孫立東教授課題組Nano Energy：將太陽能同時轉化為電能和熱能的“太陽能管”
【前言】
太陽能電池是一種將太陽能直接轉化為電能的裝置，其單個pn結電池的理論轉化效率約為31%（Shockley-Queisser limit）；而此類電池對太陽輻照光譜的利用率通常小于50％（主要在紫外和可見光區域），因此單個器件對太陽輻照總能量的利用率小于15％，而大部分能量以熱量的形式耗散。鑒于此，開發高度集成的一體化器件，在光電轉化的同時收集耗散的熱能并進一步利用，是一種提高太陽能整體利用率的有效途徑之一。孫立東教授課題組利用金屬鈦管及表面納米管涂層，設計開發了“太陽能管”，同時實現光電和光熱轉化，獲得了約25.2％的總能量效率。該研究成果為太陽能的高效利用提供了新思路。
【成果簡介】
近日，重慶大學孫立東教授、西南大學張善勇教授（共同通訊作者）等人在Nano Energy發表了題為“A Solar Tube: Efficiently Converting Sunlight into Electricity and Heat”的研究論文。該論文報道了將太陽能同時轉化為電能和熱能的一體化器件：太陽能管。該研究的亮點為：選擇具有等離子體頻率較小的金屬鈦實現將低能量光子向熱能的轉換；利用鈦管表面的納米管陣列消除涂層開裂，并用作電子收集電極；開發了高透明、高導電性、可轉移的PEDOT:PSS/Ag NWs/PEDOT:PSS復合膜，用作管式太陽能電池的透明導電電極。
【圖文導讀】
圖一：太陽能管結構
(a) 太陽輻照光譜；
(b) 典型金屬反射率曲線；
(c) 太陽能管結構示意圖；
(d) 太陽能電池能級圖。
展開 Nature Energy綜述：太陽能驅動的界面蒸發
【成果簡介】
作為一種無處不在的太陽能-熱能轉換過程，太陽能驅動蒸發因其太陽能轉換效率高和轉換工業潛力大而引起了巨大的研究關注。近年來，通過將太陽能-熱能轉化為空氣/液體界面的本地化，太陽能驅動的界面蒸發被認為是傳統的基于整體加熱蒸發的一種有前景的替代方案，有可能減少熱損失并提高能量轉化效率。近日，來自南京大學朱嘉教授，美國麻省理工學院的陳剛教授以及上海交通大學的鄧濤教授（共同通訊）聯合在Nature Energy上發表綜述文章，題為“Solar-driven interfacial evaporation”。在這篇綜述中，作者討論了實現高性能蒸發的關鍵部件的發展，包括太陽能吸收器、蒸發結構、絕熱體和熱集中器，并討論了它們如何改善太陽能驅動的界面蒸發系統的性能。作者描述了將這種高效的太陽能驅動界面蒸發工藝應用于能量轉換應用的可能性。還討論了太陽能驅動界面蒸發過程的基礎研究和實際應用中令人興奮的機遇和挑戰。
【圖文導讀】
圖1.通過各種形式的太能你加熱進行的太陽能驅動蒸發
a、基于底部加熱的蒸發，其中太陽能被太陽能吸收器吸收并轉換成熱能，以從底部加熱液體。
B、基于體積加熱的蒸發，其中均勻分散的太陽能吸收器將入射的太陽能光子轉換成熱能以加熱液體。
c、基于界面加熱的蒸發，其中太陽熱轉換和加熱位于空氣-液體界面。
圖2. 光吸收器用于光驅動界面蒸發
a, 石墨烯太陽能熱轉換的工作原理，一種碳基太陽能吸收器。
b, 碳基太陽能吸收器的太陽輻照光譜和代表性吸收光譜。
c, 等離子體基太陽能吸收器光熱轉換原理示意圖。
展開 到2030年太陽能將成為最便宜的能源
來源：OFweek 太陽能光伏網 更新時間：2015-07-22 09:43:42
自1954年貝爾實驗室發明了第一塊光伏電池以來，這一清潔能源就一直伴隨著價格高昂的偏見，不過技術變化之快，可能會讓所有人大吃一驚。近日，彭博新能源財經發布研究報告稱，未來10 年內，風能的成本將率先降至最低，而到2030 年，太陽能將取而代之，超越其它新能源技術，成為最便宜的能源。業內人士認為，太陽能發電成本的快速下降，將主要來自于薄膜太陽能領域的技術進步。
就目前來看，已經有不少國家的太陽能電力達到了平價水平，甚至低于化石燃料。其中，美國作為光伏裝機量增長最快的國家之一，其國內的太陽能價格已經相當低廉，而且還在持續下降，這主要得益于美國最大的太陽能公司First Solar在薄膜技術方面的提升。太陽能安裝公司可以大批量、低價購買First Solar生產的薄膜面板，其價格相比5年前下跌了一半。而在那些電價超過每千瓦時15美分（約0.93元）的地區，如加利福利亞，太陽能發電的成本已經和公共電網的電價差不多。
與美國相比，中國國內的用電電價稍低，但15美分（0.93元）的太陽能電價即使放到中國，在工商業領域也具有相當強的競爭力（工商業電價0.8-1.4元/千瓦時）。如果算上中國政府0.42元的度電補貼，以及各地方政府的補貼與優惠，太陽能發電成本已與居民用電電價（約0.5元/千瓦時）基本持平。目前，有越來越多的企業主認識到太陽能的成本優勢：今年1月，漢能與廣汽本田合作的17MW分布式太陽能項目并網發電，該工程利用本田的工業廠房鋪設薄膜電池板，年平均發電1900萬度，可滿足工廠20%的生產用電需求，相當于替代了6200噸標準煤（等價熱值）的發電量；在民用領域，安裝屋頂太陽能電站也開始成為中國人新的環保潮流。
展開 太空中用太陽能發電給地面用，中國想領先
讓其成為現實
中國實驗的細節尚未公布，但曼金斯表示，在太空利用太陽能的一種方法是發射數萬顆“太陽能衛星”，這些衛星將彼此聯系起來，形成一個巨大的錐形結構，在地球上空約2.2萬英里的軌道上運行。
這些衛星將用太陽能電池板也就是光伏板覆蓋，光伏板將陽光轉化為電能，電能將被衛星轉化為微波，并無線發送到地面接收器，比如說一種直徑可達4英里的巨型鐵絲網。這些地面接收設備可以安裝在湖泊、沙漠或農田上。
曼金斯估計，這樣一個太陽能設施可以源源不斷地產生2000千兆瓦的電力。相比之下，最大的地面太陽能發電場只能產生大約1.8千兆瓦。
這聽起來似乎很有希望。但專家警告說，仍然有很多障礙需要克服，其中包括目前需要找到一種減輕太陽能電池板重量的方法。
加州理工學院科學家特里·格杜托斯(Terry Gdoutos)說:“目前最先進的光電技術的轉換效率可能是30%。”格杜托斯與哈吉米利一起從事太空太陽能研究，“最大的挑戰是在不犧牲效率的前提下降低太陽能發電板的質量。”
加州理工學院研究團隊最近制造一對超輕光伏板模型，證明它們可以收集并無線傳輸10千兆赫的電能。格杜托斯指出，這些模型成功完成了太陽能發電衛星在太空中需要完成的所有功能，他和同事們現在正在探索進一步減輕太陽能發電板重量的方法。
未來道路
目前中國還沒有透露將在太空太陽能發電場建設上投入多少資金。曼金斯說，即使是為了驗證各種技術的小規模試驗，也可能至少要花費1.5億美元。
盡管價格高昂，曼金斯仍然是太空太陽能發電的堅定擁護者。
他說:“地面太陽能是一種奇妙的東西，我們將永遠擁有地面太陽能。”“在很多地方，屋頂太陽能棒極了，但世界上很多地方都不像亞利桑那州。數百萬人生活在大型地面太陽能電池陣列產出并不經濟的地方。”
曼金斯對該領域的最新進展表示歡迎，并表示他熱切希望追隨中國的新舉措。
展開 
太陽能在陰天不能發電？
太陽能發電有許多好處，比如減少化石燃料的使用、更加清潔、取之不盡用之不竭、不會產生碳足跡等。但也有局限性，那就是必須有太陽，如果陰天就沒法兒了。
現在，一種利用染料將光轉化為能量的基因工程菌（genetically engineered bacterium）可能會改變陰天不能用太陽能發電的狀況。加拿大不列顛哥倫比亞的科學家從大腸桿菌中建造了一個廉價的、可持續的太陽能電池，從而創造了一個生物成因的太陽能電池，之所以取這個名字，是因為這種電池是由生物體構成的。這并不是第一個試驗性的生物成因太陽能電池，但這次的電池和以往的都不同，科學家表示現在的這種電池能產生更強大的電流。而且，這種電池在昏暗的陽光下也能像在明亮的陽光下一樣有效。
不論是什么材料，只要能在陽光照耀下發生反應釋放電子，那么可以嘗試用于太陽能發電。在生物太陽能電池中，被陽光喚起的材料就是生物性的。常規情況下，太陽能電池板利用無機的晶體硅來產生電流，而現在，晶體硅就換成了染料。
“不列顛哥倫比亞迫切地希望成為世界上最主要的去碳化經濟體之一，”不列顛哥倫比亞大學化學和生物工程學系教授維克拉姆帝亞˙亞達夫（Vikramaditya Yadav）說道。“清潔能源的生產與供應是實現這一目標的關鍵，而太陽能是能源部門實現去碳化的主要候選。然而，不列顛哥倫比亞冬季天氣陽光條件不好，在這種情況下，想利用好太陽能，就得需要一種獨特的光伏材料。”
亞達夫表示，他們的解決方案耗資不高，而且最終“可以像傳統的光伏發電一樣，發揮同等的效率。”即使這些新的生物性細胞達不到傳統材料的強度，研究人員仍認為這些新材料可以在某些微光環境中發揮出重要作用，比如說礦井和深海勘探。
“我們相信，生物成因太陽能電池將是對無機太陽能電池技術的有益補充，”亞達夫說道。“即使處在發展初期，但這項技術的應用前景比較明晰、廣闊。
展開 電動車的福音 我國有望率先建成空間太陽能電站
西安將建設空間太陽能電站系統項目地面驗證平臺，將用于對空間太陽能電站功能與效率的系統驗證。
根據有關專家組論證建議，我國應力爭在未來十余年完成空間超高壓發電輸電及無線能量傳輸試驗驗證，實現“2030年開始建設兆瓦級空間太陽能試驗電站，2050年前具備建設吉瓦級商業空間太陽能電站的能力”的中、遠期目標。
來源：北青網-北京青年報
Joule最新綜述（Perspective）：太陽能可充電電池：優勢、挑戰與機遇
傳統和先進“太陽能電池-儲能電池”系統的對比
使用太陽能電池給電池充電的傳統方法是兩個系統獨立設計（圖1A），其涉及的太陽能電池和儲能電池作為兩個獨立單元的通過電線連接。這樣的系統往往比較昂貴、笨重而且不靈活，還需要比較大空間，另外外部的電線會導致電能損失。
有機的將產能和儲能合并為一個單元實現一體化設計將會有效的解決太陽能電池和電池的能量密度問題。這種設計具有小型化的特點，進而會減少成本，增加了光伏系統的實用性。盡管有很多優點，但是其在效率，容量和穩定性等方面還存在很大的挑戰。目前在該方面的研究仍處于初級階段，研究的重心主要集中在材料和裝置的設計上。
集成光伏電池系統可以通過兩種不同的配置來實現：三電極（圖1B和1C）和雙電極（圖1D）。其中三電極設計中，一個電極被用作公用電極作為光伏器件和電池之間的陰極或陽極。在雙電極配置中，正極和負極同時執行光轉換功能和儲能功能。
圖1 傳統的太陽能電池和儲能電池獨立設計（A），三電極設計（B和C）和兩電極設計（D）
3. 二元分離式“太陽能電池—儲能電池”的設計
本部分對前人分離式“太陽能電池—儲能電池”設計的工作進行了總結，硅太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池以及染料敏化太陽能電池都能以不同的形式與鋰離子電池相結合，其中圖2A和B顯示了四個串聯的鈣鈦礦太陽能電池對鋰離子電池充電，效率達到7.36%。本文通訊作者喬啟全團隊利用變壓器和最大功率點跟蹤實現了使用單節鈣鈦礦太陽能電池對鋰離子電池充電，其效率達到了9.36%，該項研究成果發表在Advance Energy Materials上（圖2C和D）。
展開 用太陽能汽車改變世界？理想很豐滿 現實很骨感
德國一家初創公司Sono計劃通過在車身增加太陽能電池板來解決這一問題，太陽能電動車靠譜嗎？
總部位于德國慕尼黑的Sono Motors成立于2016年，在創始初期它既沒有雄厚的資金也沒有廣泛的行業人脈，三位年輕的創始人通過眾籌網站籌集了82萬歐元進行原型車的研發。2017年，名為Sion的原型車問世，它由一臺80Kw的電機驅動，續航里程可達250公里。截至目前據官方統計Sion已有7329的訂單，它的售價將會在16000歐元，電池組需要額外付費4000歐元。
Sion的最大特點還在于遍布周身的太陽能電池板，不過這330塊太陽能電池板并不能夠覆蓋整車的電力來源，在光照充足的日子里它能夠給車輛提供超過30公里的續航。為了達到車規的使用標準，Sono用聚碳酸酯覆蓋在太陽能電池板上用于防震以及防范惡劣天氣。除了太陽能電池板，用戶可以通過普通的充電樁給車輛充電。盡管30公里的續航提升聽起來有點雞肋，但有統計數字表明德國司機每天的平均行駛里程為22公里。Sono創始人勞林·哈恩表示：“想象一下，一輛配備內燃機的車里，每天都有人免費給你的油箱加幾升油。”
利用太陽能增加電動車的續航并不是Sono的獨家想法。早在1989年，全球最大的汽車天窗制造商偉巴斯特就為奧迪80 Coupé跑車配套了首個太陽能天窗。日產也曾為Leaf車主免費安裝太陽能電池板以推動新能源的發展。當然，對于推行太陽能汽車最為激進的還是以薄膜太陽能發電起家的漢能。2016年7月，漢能高調發布了四款太陽能汽車。據漢能汽車事業部CEO高衛民介紹，漢能砷化鎵太陽能芯片技術的轉化效率為31.6%，漢能太陽能汽車表面鋪設約3.5-7.5平米的薄膜太陽能發電裝置，在標準陽光照射下，每天曬5-6小時，可發電8-10度，驅動汽車續航80公里左右，但時至今日仍未有量產車落地。
展開 集群組合式柔性太陽能無人機研究進展
組合式柔性無人機以低成本、高可靠、易群組的中小型無人機為基本單元，數架單機之間通過柔性結構連接組成具有大展弦比無人機的協同整體，具有可拆分可重組特性，同時具有小型集群無人機和大型無人機的優勢，可以實現模塊化組合拆分，通過將多個小型太陽能無人機柔性組合成整體，形成超大展弦比組合太陽能無人機（圖2）。在平臺特性方面，柔性連接通過單機自穩互補從而增加抗風特性，穿越爬升至臨近空間后可分散執行偵查、預警、測繪任務。夜間組合在一起滑行降高，白天分布式執行任務提高效率，從而保證任務和晝夜能量平衡。此外，通過拆分多個小型太陽能無人機，機場起降條件問題得到有效解決，可分別起飛，空中組合執行任務，返航降落時拆分降落，極大提高了大展弦比太陽能無人機的場地適應性。在任務特性方面，組合體太陽能無人機能夠利用近距離組合優勢，通過搭載分布式雷達收發組件，結合高速數據鏈、數據共享和分布式計算，組成遠大于常規尺寸的傳感器陣面，極大提高偵查探測能力，還可具備任務自組織和重構能力，極大提高效費比。
基于上述背景，工程熱物理研究所無人飛行器實驗室針對組合式太陽能無人機的氣動特性進行了研究與分析（圖3），結合常規太陽能無人機的飛行策略，設計了以能源效用最大化為目標的組合式太陽能無人機飛行策略。通過設計組合式太陽能無人機的航跡規劃算法，解決了組合式太陽能無人機以任務為導向的航跡規劃問題（圖4）。將研究結果與傳統常規布局太陽能無人機路徑優化結果進行比較，結果表明了組合式太陽能無人機在能量閉環的前提下能夠具有更多的任務優勢，并且通過協同航跡規劃算法能夠支持更復雜場景下的實際應用。目前實驗室正在進行組合式縮比驗證樣機的總體設計及制造，下一階段將開展組合式無人機的技術驗證和試飛試驗。
展開 特斯拉發布"全球最大"屋頂太陽能陣列照片
但與此同時，該公司也在尋求打破另一項世界紀錄，即建設全球最大的屋頂太陽能電池板陣列。
特斯拉計劃在內華達州建造世界上最大的屋頂太陽能系統，以便為“1號超級工廠”提供電力。特斯拉的雄心是最終完全依靠可再生能源為工廠提供電力。2017年1月，該公司宣布計劃建造裝機量為70MW的巨型屋頂太陽能陣列，同時它也將是全球規模最大的太陽能設施。
美國當地時間周四，特斯拉通過推特發布了一幅“1號超級工廠”屋頂太陽能電池板陣列的圖片，該公司當時寫道：“1號超級工廠是一家純電力充當動力的工廠，沒有直接消耗化石燃料(天然氣或石油)。我們將通過70MW的太陽能屋頂陣列和太陽能地面裝置組合，實現100%的可持續能源供應。這個太陽能屋頂陣列比今天安裝的最大屋頂太陽能系統大7倍。”
平心而論，地面上安裝的太陽能發電廠要大得多，但特斯拉說的是屋頂太陽能電池陣列。如果它真的能在“1號超級工廠”的屋頂上安裝70兆瓦的太陽能陣列，那么它的確能成為屋頂上最大的太陽能設備。特斯拉最終于今年2月開工建設（大約是在宣布該項目一年后），但該公司在安裝了6組太陽能電池板后就停止了建設。上個月，他們開始擴建巨大的太陽能電池板，特斯拉發布了一張罕見的太陽能電池板陣列圖片，并在推特上重申這將是“世界上最大的屋頂太陽能電池板陣列”。
從圖上可以看到，特斯拉正在使用大型商用太陽能模塊。該公司補充說，他們將使用大約20萬個太陽能模塊，這意味著每個模塊大約可發電350瓦。最新的衛星圖像顯示，特斯拉安裝了大約12組太陽能電池板。要達到70MW的裝機量，特斯拉還有很長的路要走。
此前有報道稱，目前的“1號超級工廠”占地17.7萬平方米，工廠目前大約有45.5萬平方米的運營空間。據特斯拉稱，這僅是計劃完工的“超級工廠”的30%。在過去的兩年里，由于特斯拉專注于生產，這座工廠在外觀上沒有太大變化。
展開 槽式太陽能聚光板支架螺栓強度仿真
1.背景
槽式太陽能發電系統由太陽能聚光板，以及吸熱配件或接收器組成。其中太陽能聚光器由許多彎曲的反射板組合裝配而成，安裝在支架上。吸熱管或接收器管沿著每個拋物形反射板的焦線固定安裝，用以吸收太陽輻射能，傳熱工質都要從太陽能集熱管中流過，從而產生過熱蒸汽，直接輸送到渦輪機用以發電。槽式太陽能聚光板支架工作環境惡劣，風力會大大影響支架螺栓壽命，選擇合適的強度的螺栓能提高太陽能聚光板的使用壽命。本仿真就聚光板的螺栓進行仿真分析。
2.計算原理
由于槽式太陽能支架工作時，每天承受不同風級載荷的作用。考慮常規使用環境可能經受的風級及可忽略情況，6-12級風載情況下對槽式太陽能支架的影響。風載工況如表所示。
3.槽式太陽能承受風載工況
序號
風載等級
換算載荷/Pa
1
4
60.23
2
6
114.56
3
8
257.5
4
10
491.25
5
12
800
3.材料屬性
仿真采用Q235剛作為聚光板支架，材料屬性如圖。
4．網格劃分
5.施加約束
槽式太陽能支架的連接采用剛性連接方式，方鋼與太陽能反光板支架底座上的焊接采用剛性連接，底座與反光板支架采用螺栓連接，螺栓與螺栓孔之間的接觸定義為“表面與表面接觸”，法向定義為“硬”接觸，切向定義為“罰”；在模型中反光板的與支架的連接處施加全約束。在反光板的外側施加于板面相垂直的均布荷載模擬風荷載。
6.計算結果
7.結論
鋼結構連接螺栓的性能等級分為10多個等級，例如3.6、4.0、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9。螺栓等級的特定含義是例如代表拉伸強度的等級4.8的螺栓。
展開 
現代為特定車型研發太陽能充電 有利燃油效率
蓋世汽車訊 據現代官網報道，當地時間10月31日，現代汽車（ Hyundai Motor）和起亞汽車（Kia Motors）宣布，計劃在現代汽車集團（Hyundai Motor Group）特定車型上推出太陽能充電技術。發電太陽能電池板將整合至車輛的車頂或是車輛引擎蓋中，并將為內燃機車、混合動力和電池電動車提供額外電力，提高燃油效率，增加續航里程。
目前，現代汽車集團正在研發三種類型的太陽能車頂充電技術：第一代硅太陽能車頂系統；第二代半透明太陽能車頂系統；以及第三代輕型太陽能車身蓋。
第一代太陽能車頂系統包括安裝在普通車頂的量產硅太陽能電池板結構，將用于混合動力車型。根據天氣狀況，該系統每天可為電池充滿30%至60%的電。
第二代半透明太陽能車頂系統將首次應用于內燃機車輛。與第一代系統不同，第二代系統提供穿透式面板，滿足了希望車頂開放的消費者要求。該半透明太陽能電池板應用于全景天窗，在為電動車輛電池或安裝在內燃機車輛上的附加電池充電的同時，保持一定的車頂透明度。在內燃機車輛上安裝太陽能充電系統將促進車輛的出口，因為車輛能夠遵守全球各地的二氧化碳排放法規。
第三代輕型太陽能蓋系統目前用于環保型車輛，處于實驗研究過程中。其包括一個將太陽能電池板安裝于發動機罩和車頂組合的結構，以最大限度地提高能量輸出。
太陽能充電系統由太陽能電池板、控制器和電池組成。當來自太陽的太陽能接觸到太陽能電池板表面時，會產生電能，通過使用來自太陽的光子進行轉換，然后在硅電池中產生電子空穴對，從而產生太陽能電力。按照一個太陽標準（夏季中午，輻射強度為1000 W/㎡），配備100W的太陽能電池板時，每小時可產生100Wh能量。在控制器中，最大功率點追蹤（MPPT）會控制電壓和電流，從而提高太陽能電池板收集電力的效率，并可進行電源轉換。
展開 掀起全球研發熱潮 太陽能無人機為何深受青睞？
不僅如此，無人機種類也越來越多，其中就包括了讓人眼前一亮的太陽能無人機。
太陽能無人機不同于一般的無人機，直接采用電池提供動力能源，而是通過機翼上的太陽能裝置來吸收太陽能，然后轉換為電能。正是因為如此，太陽能無人機被認為是最環保、最具續航能力的無人機產品。
不久前，據外媒報道，美國一個研究團隊研發了一款太陽能無人機。該無人機重量很輕，不過翼展較大，能夠在平流層飛行，并且滯空時間長達3個月，這對于其他無人機來說是難以想象的。眼下，該款無人機的首架樣機已經制造完成，接下來就將進行試飛。
事實上，對于太陽能無人機的研發由來已久。從20世紀80年代開始，全球多個國家就開始展開對太陽能無人機的研究。最開始，太陽能無人機研發以美國為主，后來，歐洲的德、英、法等國，以及中國也相繼加入其中。
目前，美國在太陽能無人機領域依然占據領先地位。除了政府機構、研究院所和高校外，美國科技企業對于太陽能無人機的興趣也非常高昂。以臉書和谷歌為代表的科技互聯網巨頭對于太陽能無人機可謂是虎視眈眈，早早展開了布局。
2015年，臉書首度公開了太陽能無人機計劃，并將其研發的無人機命名為“Aquila”。Aquila的機身采用碳纖維復合材料制造，重量僅為電動汽車車身的三分之一。在第二次試飛過程中，Aquila太陽能無人機擺脫了第一次試飛失敗的陰影，成功完成了飛行測試。
而谷歌同樣不落于人后。谷歌推出了SkyBender項目，試圖通過發展太陽能無人機來彌補通信網絡建設的不足，利用無人機來實現高空5G無線網絡傳輸。不過，眼下谷歌已經決定終止太陽能無人機項目，轉而研發高空氣球。
展開 新型細菌太陽能電池：低成本、可持續！
導讀
近日，加拿大不列顛哥倫比亞大學的研究人員發現了一種便宜、可持續的方法，采用細菌將光線轉化為能量，構建太陽能電池。他們設計的電池生成的電流比之前此類設備所記錄的更強，并且在昏暗的光線下有著與明亮光線下一樣的工作效率。
背景
太陽能，是一種極具開發與利用價值的新能源。它具有清潔、環保、可再生、易獲取、低成本等優勢，已經得到了非常廣泛的開發與利用。其中，太陽能電池是一種非常典型的利用太陽能的方式，它可以直接將太陽能轉化為電能存儲起來。
（圖片來源：維基百科）
有效地利用太陽能，往往需要陽光普照的晴朗天氣，可是世界上某些地區卻經常出現陰雨天氣，例如：加拿大不列顛哥倫比亞省和北歐。陰云遮擋了陽光，使得光線變暗，從而影響到了太陽能電池的效率。
創新
然而，近日加拿大不列顛哥倫比亞大學（University of British Columbia）的研究人員開發出一種既便宜又可持續的方案，讓太陽能電池在昏暗光線下有著與明亮光線下一樣的工作效率。這種太陽能電池采用細菌將光線轉化為能量，生成的電流比之前的同類太陽能電池所記錄的更強。
（圖片來源：Flickr/LillyAndersen）
技術
這種太陽能電池也稱為“源于生物的”（biogenic）太陽能電池，因為它們由活的生物體構成。這并不是筆者頭一次介紹這種源于生物的太陽能電池，讓我們先來回顧一下之前介紹過的兩個案例：
1）美國賓漢姆頓大學和紐約州立大學的研究人員設計出一種微型生物太陽能電池，它比現有的同類電池具有更高的功率密度，工作時間更長。
（圖片來源：Seokheun Choi）
2）英國帝國理工學院、劍橋大學、中央圣馬丁藝術與設計學院的科研人員將活的藍藻細菌與電路印刷到紙上，開發出一種太陽能生物電池與太陽能面板二合一的產品。
展開 太陽能薄膜電池設計新方式！3D打印支架將提升其轉換效率
傳統的硅基太陽能電池雖然實現了產業化，有著較為成熟的市場，但其性價比還無法與傳統能源相競爭，并且制造過程中的污染和能耗問題影響了其廣泛應用。因此，研究和發展高效率、低成本的新型太陽能電池十分必要。在眾多的新型太陽能電池里，鈣鈦礦薄膜太陽能電池脫穎而出，吸引了眾多科研工作者的關注，還被《Science》評選為2013年十大科學突破之一。
斯坦福大學材料科學與工程系的研究團隊開展了鈣鈦礦薄膜太陽能電池領域的研究，他們對現有技術設備的斷裂分析表明，鈣鈦礦有源層和相鄰載流子選擇性接觸都是機械脆弱的 。這將嚴重影響太陽能電池的熱機械可靠性和使用壽命該，也是這一太陽能電池技術走向成熟的主要障礙。針對上述問題，斯坦福大學研究團隊采用新的思路設計鈣鈦礦薄膜太陽能電池，即復合太陽能電池（CSC）。復合太陽能電池內部的支架，解決了這些材料的內在脆弱性。
日前美國加州3D打印初創企業T3DP稱，通過其專利的 “體積式3D打印技術/volumetric 3D printing ”，能夠制造鈣鈦礦太陽能電池所需的內部支架。這一應用與斯坦福大學復合太陽能電池的設計方式有著類似之處，斯坦福大學有關復合太陽能電池的思路對其將3D打印應用擴展到新的視野非常有幫助。
3D打印仿生支架
提高鈣鈦礦太陽能電池轉換效率
斯坦福大學復合太陽能電池研究團隊對研究成果的總結是，內部支架有效地將傳統的單片平面太陽能電池分隔成尺寸可伸縮且機械屏蔽的單個鈣鈦礦電池陣列，其由周圍的支架橫向封裝并通過前電極和后電極并聯連接。
復合太陽能電池表現出顯著增加的~13Jm-2的斷裂能 。這一數據比先前報道的平面鈣鈦礦（~0.4Jm-2）增加30倍 ，同時保持與平面裝置相當的效率。
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