光热和光伏是当今太阳能发展的两条平行线，但是美国科学家的最新科研成果似乎正在让这两条平行线相交。据美国《大众科学》报道，斯坦福大学的工程师们日前找到了一种同时利用太阳的光和热来产生电能的方法，这将能使太阳能产品的效率达到现有方式的3倍，并有可能使太阳能便宜到可以和石油竞争。
这种颠覆性的太阳能利用方法被称为“光子增强型热离子辐射”，简称为PETE。斯坦福大学材料科学和工程系副教授尼克·梅洛什领导的研究小组通过在一片半导体材料上喷涂一薄层金属铯，使材料具有了利用光和热来产生电力的能力。研究证实，这一新工艺将不再基于标准的光伏发电机制，能在很高的温度条件下产生类似于光伏发电的反应，而且温度越高，工作效率越高，而传统的光伏发电在温度升高时效率会逐渐降低。
大多数硅基太阳能电池在温度达到100摄氏度时已呈现出惰性，但PETE设备在超过200摄氏度的条件下才会达到峰值效率，因而最适于应用在抛物面太阳能聚光器中。可达到800摄氏度高温的抛物面聚光器通常作为太阳能发电厂设计的一部分。
据梅洛什计算，PETE装置在太阳能聚光器中效率可以达到50%或者更高的，再加上热能转化的回收循环，最后总的太阳能利用效率可达到55%甚至60%，这几乎是现有太阳能系统效率的3倍。
“这确实是一次概念上的突破，一种全新的能量转化方法，而非仅仅是新材料或者是细微的改动调整，”梅洛什表示：“它在如何收获能源的方式上确实有着根本性的区别。”与此同时，这套设备的原材料能够容易获取，这意味着它的生产成本具备竞争力。梅洛什已将这一研究成果发表在了最新一期的《自然材料》上。
研究者们很重视这套系统的兼容性。起初研究人员采用半导体材料氮化镓进行试验，却发现它的发电效率远低于计算出的数值，不过这个属于预测之中，使用氮化镓的原因在于它是一种有能力在高温下坚持工作的材料，并且依然能发生PETE过程。之后研究者们发现，采用砷化镓这种广泛运用在普通家用电器中的半导体材料，PETE的实际效率足以达到研究者估算的50%或60%。目前研究人员正在积极寻找其他的有效材料。
PETE系统有一个明显的优势，由于是在太阳能聚光器中使用，因此实际设备需要的半导体材料非常小。“对每一个设备，我们计算出类似一个6英寸的半导体材料圆盘就足够了。”Melosh解释说：“所以同大型的硅制太阳能板相比，材料的费用对我们来说根本不是一个问题。”高昂的材料成本可以说是限制目前太阳能工业发展的一个瓶颈，PETE则能够大幅降低太阳能发电成本。
研究人员表示，PETE工艺大大增强了太阳能发电的可行性，即使达不到最佳效率，只要能将转换效率从20%提高到30%，其整体转换效率也将在原有基础上提高50%，这将大大促进太阳能产业对石油业的竞争能力。据悉，这项研究得到了斯坦福大学的全球气候和能源项目、斯坦福大学材料能源系统学会、美国能源部以及美国国防部高级研究计划局的大力支持。 |
