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新能源新未来？
新能源新未来？
商界导读：2014年诺贝尔物理学奖被美籍日裔科学家中村修二获得，而他发明的蓝光LED迅速成为公众关注的焦点。
钙钛矿电池，太阳能黑马?
太阳能电池是半导体材料器件，能够把光能转换为电能，这就是光生伏特效应。而利用这种效应，太阳能电池就能把太阳能转换成电能。因此，电池的转换效率越高，我们就能获得越多的电能。于是科学家们便开始不断地追求转换效率更高的太阳能电池。到目前为止，人们通常见到的太阳能电池板，是用晶体硅材料制成的，经历了将近50年的时间，其光电转换效率最高能达到25%。但近期来自最热门领域的钙钛矿太阳能电池有了很大的突破。从2009年到2014年，仅仅5年间，其光电转换率提高了5倍，达到了19.4%。虽然不是目前光电转换率最高的太阳能电池，但是因其更便宜，更易制造，且相对于先前其他的太阳能电池，对环境伤害率较低，而成了太阳能电池中的佼佼者。科学家还发现，钙钛矿不仅吸光性好，也是目前较好的电荷运输材料，由于科学家通过改进钙钛矿的结构层，使其转换率一下子就攀升到了19.4%，来自牛津大学的亨利教授说，钙钛矿电池发展如此迅猛，这个纪录很可能马上就会被打破，并且有可能改变整个太阳能电池业的格局。
但是至于它的未来，我们还不能急于对它托付终身。想要实现钙钛矿电池的巨大商业价值，目前还有三个难题需要解决。
1.有毒。钙钛矿电池材料含有铅，这将会对人体和环境有一定危害。美国西北大学已研发出一种用锡代替铅的钙钛矿太阳能电池，不过这种电池的光电转换率偏低，目前只有6%。不过其发展空间还是很大的，效率在未来的提升空间当然也不可小觑。
2.不稳定。钙钛矿中的铅容易氧化挥发，遇水时则易分解。如果使用钙钛矿电池发电，会有可能会产生渗出，对环境造成威胁。
3.寿命不长。目前，寿命最长的钙钛矿太阳能电池可达1000小时，而传统晶硅电池寿命一般可达25年，比钙钛矿电池长得多。
虽然钙钛矿电池的未来困难重重，但是它依旧算是太阳能电池中的一匹黑马，即使需要不断改进，也要继续前行。也许有一天，人类就依靠它来提供电力了。
「海洋蒸汽机」能成为现实吗?
如果说哪种新能源能配得上「蒸汽朋克」的名号，那就非海水温差发电机(OTEC)莫属了。它的原理在于，海洋是一个巨大而且不断得到补充的太阳能存储介质。这些热量大部分存储在最顶层的100米以内，而在100米以下，来自极地的海洋水基本上总是保持在4℃~5℃，换句话说：从这种热量差异中可以获得能量。
基本上来说，全世界所有的火力与核能电站都要由蒸汽涡轮驱动，但是它们产生蒸汽要么靠燃烧污染大气的煤炭，要么会产生仍在争论中的核废料。所以OTEC提供蒸汽的方式是清洁而且是无限制的。
但这一切都只是理想世界中发生的事情，在现实生活中，海洋热梯度给予的东西，都会被设备夺走，主要的问题在于获取深层的冷水：泵送电站运转所需的巨量海水需要1000米长的管道，而且管道尺寸和强度还要足以承受生产每1千瓦电力所需的每秒数立方米海水的流量，把所有过程都考虑进去后，OTEC电站效能跌倒了4%~6%。
意大利米兰理工大学的保拉教授对OTEC进行了改良，他将OTEC与太阳能结合，建立出一种新型的OTEC电站模型。这种模型电站在温暖海水被用于蒸发氨之前，先利用太阳能提升其温度。就像是廉价的太阳能集热器，这样便能将电站日间产出增长到原来的3倍。所以在2013年，一座50千瓦的示范性OTEC电站在日本冲绳县的久米岛开始运行。同时在夏威夷，马凯海洋工程公司正在其位于夏威夷大岛的海洋能源研究中心建造一座100千瓦的电站。2014年，荷兰代尔夫特理工大学衍生公司Bluerise计划在加勒比海库拉索岛国际机场附近建造一座500千瓦的OTEC电站。
但即使是这样，科学家巴尔马塞达依旧提出了一个疑问：气候毕竟是变化多端的，热量的吸收在空间、深度和时间上并不均匀，而且有可能在气候变化过程中吸收大量热量，缩小了至关重要的表层和深层海水温差。所以由于这个因素的限制，所有建起的OTEC电站只存在于地球上赤道两旁包括热带和亚热带在内的一条相对狭窄的带状区域内。如果想要继续向更大的范围扩展，还需要更严格的模型研制和实际的探测。
海藻一小时变原油?
一位来自美国能源部西北太平洋国家实验室的工程师，将一碗海藻浆泵入到一个化学反应器的前端，该系统启动并开始运行后，不到1小时就流出了原油、水和含磷的副产品。其实在我们已知的生产清洁能源的方法中，利用藻类生产的生物燃料最接近于海底沉积物产生的原油。而科学家们将这个需要进行数百万年的反应在1小时内就完成了。
负责这项研究的科学家埃利奥特依据水热液化反应原理设计了这套反应装置。在这套系统中，藻类和水的混合物被连续加入到反应釜中进行反应。反应釜中的高压使得水的温度能够达到300~400摄氏度，此时的水处于介于液相和气相之间的超临界态。在这样的条件下，藻类中的生物质能够被快速降解。之后利用一系列收集和过滤装置，研究人员即可得到原油及一系列副产物。
相较于之前的生物燃料，藻类原油有更大的优势。根据美国能源部的估算，满足美国本土每日的燃油需求，需要用美国国土面积的一半种植大豆;而如果使用藻类原油，则仅需大约39000平方千米的土地。而且相对于汽油而言，利用藻类生产燃油更为清洁，藻类在生长过程中能够吸收大气中的二氧化碳，在一定程度上降低了碳排放。且由于藻类可在废水中大量繁殖，其产物也可以生物降解，整个生产过程对环境造成的负担较小。
现在，美国新墨西哥州哥伦布市的蓝宝石能源公司已经进行了日产量100桶的海藻炼油试验。如果一切进展顺利，该技术有望在2018年正式商业化，日产量达到10000桶。
但有一个不为普遍人所知的问题也凸显了出来，埃利奥特教授说，看似藻类生长的环境很容易获得，但实际上收集足够多的用于生产原油的藻类是一件很困难的事。并且生产实际运用的藻类燃料的成本也比人们想象中昂贵。所以到目前为止，没有任何公司能将藻类石油的成本降至化石石油的水平。无论是现在还是未来都算是该技术面临的最大障碍。
繁荣表象后面的隐患
太过依赖政府补贴
除了水利和地热发电外，其他可再生能源无法在不依靠政府补贴的情况下与传统能源竞争。
在美国，根据美国审计总署的数据，前几年美国政府一直在对乙醇制造业进行税收补贴，其间一共花去了纳税人61亿美元。
除此之外，乙醇制造业还带来了3项隐性支出：第一是水土流失;第二是化肥中多余的硝酸盐会随着河流进入墨西哥湾，在沿岸形成死亡区;第三，作为世界上最大的粮食出口国，美国把40%的玉米收成用于乙醇生产，并且最大的浪费在于，用其制造出的乙醇燃料，大多数都用于低效能的乙醇动力汽车。
的确，用补贴刺激新能源发展的做法出发点是好的，但是人们必须思索，对新能源的经济补贴，是否能起到显著的效果。
政府的长期巨额补贴还使得各国都产生了很多负面的连锁效应。例如，行业发展过热、过度投资、产能过剩等一系列负面效应。其中一个例子就是在前年，欧盟27国新增太阳能发电装机约2100万千瓦，占全球太阳能发电新增装机的75%，其中意大利新增900万千瓦，居世界第一;意大利工业部长曾表示，可再生能源公共资金激励措施已经导致太阳能发电和风电领域的过度投资，已引发价格扭曲。
在此情况下，为了给发展过热的新能源行业降温、应对债务危机、削减财政赤字，许多欧洲国家被迫调整新能源补贴机制，削减新能源补贴。
成本依旧高居不下
欧洲风能协会和美国风能协会都声称，风电的价格已经低于火电;而太阳能的支持者根据光伏电池成本迅速降低的走势预测，未来太阳能电力的价格会非常低廉。
然而，一些研究者却分析道，要建造太阳能发电站，不仅需要光伏电池，还需要支架、换流器以及人力。这些相关物资的费用并没有大幅降低。美国缅因州东部沿海小镇卡斯廷，最近竖起了一台黄色的海上风力发电机组，这是美国乃至整个北美地区首个离岸漂浮式海上风力发电机组。相较于美国有着濒临太平洋、大西洋的地理优势，以及海上风电资源丰富、风速稳定等优点，美国至今才有了第一台海上风力发电组的原因之一，即是海上风电高昂的建设成本和传输成本，其电价是陆基电价的两倍。美国能源部的数据指出，目前美国海上风电的发电成本大约为每1000千瓦时243美元，而同量陆上风电的成本仅为97美元。这又不得不再次提到了美国可再生能源产业严重依赖于私人投资，风电行业只有从联邦政府那里得到更多的财政支持，才能与化石燃料进行竞争。
选址和维护
以大型风电场为例。其选址就常常引起争议。许多人讨厌它们的噪音，而且担心它们对迁徙的鸟群和蝙蝠的不良影响。例如那些选址在近海的风电项目就出现了一些新问题。比如说，在马萨诸塞州的马萨葡萄园岛，原计划建造美国第一座近海风力发电场，然而由于当地居民的反对，这个项目被搁置了数年。风能的不连续性，使人们难以预估几天内的发电量，而大型风电机组运作经验的不足，又给项目带来了更大的不确定性。也许我们还需要一些时间，来了解风力发电机在20到30年寿命里的稳定性，以及维修费用。
设想一下，如果大型风力发电场都分布在风能充足，土地辽阔的大平原，对于像丹麦这样面积不大，和邻国联系紧密的国家来说，这并不算什么大问题。然而要是放在美国，却需要铺设几千公里的输电线，把电能送到东西海岸用电量大的地区。这样高额的费用和维护成本就很难保证其可行性了。加之对于风能和太阳能行业的补贴日渐减少，这个问题更加难以解决。
新旧交替的缓慢进程
想要在几年内迅速用新能源代替石化燃料几乎是不可能的。美国石油和天然气分析师盖特说，想要改变当今世界基于化石燃料的能源系统，是一项极其艰巨的任务。这个能源系统每年生产70亿吨的硬煤和褐煤、40亿吨的原油，以及3万亿立方米的天然气，然后将它们转化为1.4万亿瓦的电能。无数煤矿、油田和气田、炼油厂、输油管、各种运油车、加油站、发电厂、变压器、输电线，还有几亿部消耗着汽油、煤油、柴油，或是其他燃料油的引擎——共同组成了世界上最庞大、最昂贵的系统。这一系统的建设，花费了几代人的时间，也消耗了数十万亿美元的金钱。
因此，无论是在10年、20年还是50年的时间里，这个系统都不可能被彻底取代。要想建设一个具有同样规模和可靠性的新能源系统，不仅需耗时数十年，还要付出巨额的开支。这将需要未来几代工程师的共同努力。
并且有人算了一笔账：到2025年，风力发电机将迎来30岁生日，到那时，假如其在美国的发电份额能达到15%，就已经算是成功了。而对于太阳能发电的市场份额，即使是最乐观的预测，也达不到这个比例的一半。寻找无碳能源是一项值得努力的目标;有朝一日，某些新能源终将占领市场。但是，想要达到这个目标，还需要从长计议。
为清洁能源领域开辟新模式
加州太阳城公司和奥克兰的桑吉维提公司想到的分布式发电的好主意，不仅能让人们减少安装标准平板太阳能电池板的负担，还为清洁能源领域的发展开辟了新模式。
10年前，为将近300平方米的住宅安装一套屋顶式太阳能电池板，房主需要花费约45,000美元。现在的价格不到20,000美元。虽然看似这个价格也并不便宜，但房主不必提前支付，而是可以与加州的太阳城公司和奥克兰的桑吉维提公司合作，以每个月119美元的价格租赁一套系统，这样算下来就比传统的电费账单便宜多了。
近日太阳城公司与美国银行签署了3.5亿美元的信贷合同，将为12万户军人家庭提供电力供应。太阳城公司的事务负责人约翰·斯坦顿把这一方案比作现在很普遍的向办公室出租复印机。斯坦顿宣称，这是将长达60年的业务设备运营模式用于太阳能产业，。
租赁模式结合若干软件进步，改变了屋顶式太阳能业务。过去需要几个月时间搞定一笔住宅设备的销售，如今，这些公司可以将远程绘图和数学计算相结合，帮助确定一户住宅究竟需要多少太阳能电池板，以及如何定位。整个过程可在几周内落实。
而且太阳城公司还得到了美国各州政府对于清洁能源的补贴和税收减免。当他们在某户人家的屋顶安装太阳能系统时，可以获得政府提供的一些优惠，进一步降低了价格。政府的减免措施可以优惠40%~50%的组件成本，帮助客户形成一种新的价值观：那就是从装上太阳能系统第一天起就能省钱，而且不用投资，并且环保。
2011年日本福岛核电站事故发生后，许多国家停止了新核电站的建设，甚至关掉了现有的反应堆。但最近很多人的思想开始转变，特别是美国、英国的知名气候学家，以及原先的反核人士，开始表现出对核能的支持。近日科学家正在研发使用新型反应堆，用替代冷却液来取代水——比如美国核能转换公司的熔盐冷却反应堆，以及美国洁净能源应用技术开发公司的液态铅铋反应堆。这类创新设计，吸引了包括比尔·盖茨在内的许多亿万富翁投资支持。核能转换公司甚至还在今年的美国能源部高级研究规划署年度峰会上，赢得了能源投资人颁发的最高奖项。比尔·盖茨在去年的ARPA-E峰会上说：「在核能的智能应用方面，只要新设计能符合严格的标准，我们就应该允许大胆创新，而且核能也许能让我们从三方面减少温室气体排放：提高能源效率，使用低碳能源，以及使用电动汽车。」并且支持核能的人认为，世界顶尖设计的反应堆实际上可以靠核废料运行，也能消除核熔毁的威胁。另外，不得不承认核能是所有主要能源中，每单位电力导致事故死亡人数最小的发电方式，甚至比太阳能还要低。
责任编辑：程婧
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投资额：5~~10万
投资额：5~~10万钙钛矿太阳能电池转化效率可达50％为目前的2倍
09:49原文出处：
　　如果想同化石燃料竞争，就需要更便宜高效的材料做“帮手”。据美国学院网站11月11日(北京时间)报道，们在最新研究中发现，以一种新式钙钛矿(CaTiO3)为原料的的转化效率或可高达50%，为目前市场上太阳能电池转化效率的
2倍，能大幅降低太阳能电池的使用成本。相关研究发表在最新一期的《自然》杂志上。
　　尽管研究团队还没有演示以为原料制造的高效太阳能电池，此项研究已成为此前诸多研究强有力的补充，证明了拥有独特的钙钛矿有望改变太阳能产业的面貌。当前市场上占主流的太阳能电池以硅和碲化镉为材料，达到目前的转化效率历时10多年;而钙钛矿只花了短短4年时间的研究，有鉴于此，即使业界保守人士也对钙钛矿非常看好。
　　该研究的、宾夕法尼亚大学能源创新联合主任安德鲁·阿姆表示，以新式钙钛矿为原料制造的太阳能电池能将大约一半的太阳光直接转化为电力，为目前的2倍，因此，只需一半太阳能电池就可提供同样的电力，这将大大减少安装成本，从而让总成本显著降低。
　　另外，阿姆说，与传统太阳能电池材料不同，新材料并不需要电场来产生电流，这将减少所需材料的数量，产生的电压也更高，从而能增加能量产出;而且，新材料也能很好地对做出反应，这对太阳能电池来说意义重大。
　　也证明，新材料稍作改变就能有效地将不同波长的太阳光转化为电力，科学家们可借此制造出拥有不同层的太阳能电池，每层吸收不同波长的太阳光，从而显著提高能效。
　　不过，有专家则强调，尽管这些属性非常有用，但阿姆团队要想制造出可用的钙钛矿太阳能电池还有很长的路要走。首先，这种太阳能电池产生的电流很低。大学的和教授迈克尔·迈克吉最近也表示：“钙钛矿太阳能电池在面市之前，还需要解决多个问题，其中之一就是，钙钛矿的储量并不充足。”
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钙钛矿太阳能电池的化学稳定性及界面修饰的研究
【摘要】：基于有机无机杂化钙钛矿结构太阳能电池(PSC)近年来迅速发展,光电转换效率不断取得突破,受到了人们的广泛关注。相对于光电转换效率的快速提高,关于钙钛矿太阳能电池稳定性的研究相对滞后,严重制约了钙钛矿太阳能电池的产业化应用。本论文针对钙钛矿太阳能电池中的关键材料CH3NH3PbI3的化学稳定性,开展了相应的研究工作。重点研究了CH3NH3PbI3在水氧等气氛条件下、紫外光照条件下、湿法制备(溶剂、溶质或添加剂)条件下、加热条件下化学稳定性基础问题。针对其化学稳定性问题,开展了钙钛矿成膜前后的界面修饰(前修饰或后修饰)及其器件光伏特性的研究。前期工作主要开展了后修饰的工作,其中包括使用三氧化二铝和MMT的界面修饰及其作用机理等。在此基础上,近期我们开展了前修饰的相关工作,结果表明,前修饰有利于提高器件的效率和化学稳定性等。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TM914.4【正文快照】：
钙钛矿太阳能电池的化学稳定性及界面修饰的研究@董豪鹏$清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室!100084
@李闻哲$清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室!100084
@牛广达$清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室!100084
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英科学家喷涂钙钛矿制造新型太阳能板
　　英国一个科研组近日采用喷涂技术制作钙钛矿材料的太阳能电池板取得重要进展，有望显著降低太阳能发电成本
　　新浪科技讯 北京时间8月28日消息，据物理学家组织报道，英国谢菲尔德大学的一个科研组最近首次将一种喷涂技术应用于钙钛矿太阳能板的研制。这种材料与技术的应用将帮助降低太阳能发电的成本。
　　来自谢菲尔德大学物理与天文学院以及化学与生物工程学院的专家此前便曾经使用喷涂技术生产过有机半导体材料的太阳能电池，而此次采用钙钛矿材料则是在此基础上的一大进展。
　　基于金属卤化物钙钛矿的光电材料首次是在2012年对外进行了展示。而现在这项技术已经成为太阳能电池领域非常有前景的材料选择，因为它很好的结合了高效率以及低成本的特点。而运用材料喷涂技术将能将材料的浪费降低到最小，并且更加适合大规模生产性应用――就有点像是汽车喷漆与图像打印产业那样。
　　首席科学家大卫?利兹(David Lidzey)教授表示：“人们对基于钙钛矿的光电材料非常感兴趣。”他说：“更重要的是，这款材料将有望集成熟太阳能电池材料的高表现与有机光电材料的低成本制造于一身。”
　　当前绝大部分的太阳能电池板都是使用能源密集型材料――如硅材料，来制作的，意思就是生产这样的材料所需的能耗较高。相比之下，使用钙钛矿材料所需的生产能耗就要低得多。通过采用集约的喷涂工艺，研究组期望能够进一步将成本降下来。
　　利兹教授表示：“有机太阳能电池板的最佳能效转换功率记录大约是10%。目前采用钙钛矿材料的太阳能板，其转化效率已经达到19%，距离硅材料太阳能板25%的转化率已经不远。而目前硅材料太阳能板是市场上占据绝对垄断地位的产品。”他说：“我们研发的钙钛矿材料太阳能板仍然采用与有机太阳能电池相似的结构。我们所做的主要是更换了其核心的光吸收层材料――即有机物层，并将其替换成了喷涂的钙钛矿材料层。采用钙钛矿层取代有机物吸收层，让产品的能量转化率出现了显著的提升。”
　　谢菲尔德大学的研究组发现，通过喷涂钙钛矿材料层，他们可以让原先的太阳能电池板效率提升大约11%。利兹教授表示：“这项成果进一步推进了现有工作，标志着钙钛矿涂层技术将开始逐渐走出实验室。这是迈向高效而低成本太阳电池板的关键性一步。”
　　太阳能正在成为全球可再生能源领域的重要组成部分，尽管全球经济遭遇困境，但太阳能电池市场却仍然保持了较高的增长势头。利兹教授表示：“我相信这种薄膜光电转化技术将会在提振太阳能应用的方面起到重要作用，而在这其中，钙钛矿材料的采用将大有前途。”(晨风)
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