随着能源危机的到来，作为新能源的代表光伏产业得到了迅猛的发展。从1839年法国科学家发现液体的光生伏特效应算起，太阳能电池已经经过了160多年的漫长的发展历史。光伏产业的不断发展，如何离得开技术的开拓创新?
先进的测量技术可以加速太阳能装置的创新
美国国家标准技术研究所(NIST)设计出一款通用测量系统，，可以精确、快速地测量太阳能设备的电能输出，这可以帮助研究人员和生产商努力研发和制造新一代的太阳能电池。比现有的太阳能电池技术更有效、更具成本效益地将太阳能转换为电能的创新型设备是一个全球追赶的目标--这意味着可以缩减化石燃料消耗，并且可以在高速发展的清洁能源国际市场竞争中夺取领先地位。
NIST团队组合了32个发光二极管，其中每个可以产生不同太阳光谱分区的光。将其他使用定制技术的现成设备组成一个系统，可以在一个相对较大的面积上测量太阳能设备的附属波长量子效率。
相对现有方法的预期优势：相对于大范围使用白炽灯、氙弧灯和其他放电灯，其速度更快，易于操作，更均匀的照明，使用寿命要长10倍。
新的NIST系统可以容易地测量频谱响应，其适应两种独特却又互补的方法来决定太阳能光伏设备在受到标准太阳光照的时候能发多少电。两种方法都是直接的，而且使用相同的硬件设置。
在模拟太阳能辐射和描述太阳能设备的光电转换效率方面，使用任意方法，该自动化系统比现有仪器都要更快速地产生测量结果。
一种连续激活LED灯的方法，相对于其他技术更少受制于干扰，大概在6分钟内产生一个频谱响应结果。使用另外一种方法，32个LED灯同时被激活，但是每一个都会以不同的速率产生脉冲。光伏设备对整个混合LED的太阳能响应可以在大约4秒钟内确定。
研究人员称，尽管易受干扰的影响，该快速的方法仍然有潜力作为确保质量的内嵌生产测试方法。
该新系统表明其向着NIST在2010年末召集的太阳能专家组设立的目标跨进了一大步。“为了通过更为准确的性能评估加速所有类型光伏的开发和降低成本，这些专家设置了一个目标--得到光谱响应测量结果的时间低于10分钟。
当新系统打败时间要求的时候，NIST团队将进一步推动他们技术的发展以匹配相关目标。他们的待办事项列表包括匹配或超出太阳的能量密度，拓宽综合LED频谱，包括太阳输出的红外光部分。持续实现测量结果不确定性低于1%。
NIST物理学家Behrang Hamadani说，迄今为止通过他们的工作，NIST研究人员已经证明，将LED应用在太阳能模拟器中或者将其用来描述光伏或其他光电设备特性，在技术上是可行的。
新型胶体量子点太阳能电池效率达7% 创世界记录
近日，多伦多大学和阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的科研人员在胶体量子点(CQD)薄膜的研发方面获得重要突破，胶体量子点太阳能电池的效率创造了新纪录，达7%。他们的成果发表在了《自然纳米技术》杂志上。
该团队由多伦多大学工程系教授Ted Sargent领导，使用廉价材料做成的太阳能电池，其7%的效率被认证创造了世界记录。
“在以前，胶体量子点太阳能电池受制于薄膜内部大的内部表面积，这使得其发电比较困难，”该论文的合著者Susanna Thon博士说“我们的突破是综合使用有机和无机化学，来完全覆盖暴露的表面积。”
量子点是尺寸仅有几纳米的半导体，可以用来从整个太阳光谱中收集电能，包括有形和无形的波长范围的光。和目前的增长缓慢和昂贵的半导体技术不一样，CQD可以以低成本快速制造出来，这类似于油漆或墨水。该研究表明，太阳能电池可以制作在柔性基板上，这和报纸快速大量印刷是一样的方式。
该电池比以往认证的电池效率提升了37%。为提高效率，科研人员需要一种方法，既可以缩减和较差表面质量相关的电子“陷阱”数量，同时也可以确保薄膜足够稠密来尽可能地吸收更多的光。该方案叫做“混合钝化”方案。
“通过在合成点以后立即引入氯原子，我们可以去修补以前遥不可及的、可导致电子、‘陷阱’的角落和缝隙”，博士生和该论文主要的合著者Alex Ip说。“接下来我们通过使用短的有机团来绑定薄膜中的量子点。”
阿卜杜拉国王科技大学Aram Amassian教授领导的研究工作表明，为了得到密集的薄膜，有机配体交换是必要的。
KAUST使用最先进的亚纳米分辨率同步方法来识别薄膜的结构，并且证明混合钝化方法可以制得包含紧密纳米粒子的密集薄膜。
该成果为进一步的研究和电池效率的提高打通了很多道路，这给可靠的、低成本的太阳能提供了一个光明的未来。
Sargent教授说，“我们的世界迫切需要创新的、高效率的方法将丰富的太阳能转换为可用的电能。该成果表明，胶体量子点内的丰富的材料界面可以通过健康的方式所掌握，证明了低成本和稳定高效率可以同时达到。”
研究认为太阳能热发电发展受材料影响较小
瑞典查尔姆斯理工大学最近发表的一项研究成果详细讨论了关于聚光型太阳能热发电(CSP)的材料问题。研究证实，CSP没有受到材料供应的大规模限制。不过，这个行业也面临一些急需解决的问题，比如取代反光镜上的银。
研究结论认为，和全球的储量相比，CSP对材料的需求在很大程度上似乎不受限制。自中国出台稀土金属出口限制后，一些可再生能源技术依赖的稀缺材料得到重视。许多风力和光伏领域的研究机构正在致力于减少对稀有材料(比如铟或稀土金属)的过度依赖。CSP行业“可能”受到的限制较少，其主要使用如钢铁和玻璃这些常见的材料来建造。
研究结论认为，和全球的储量相比，CSP对材料的需求在很大程度上似乎不受限制。从理论上看可以建造足够的太阳能热发电厂，这至少是目前全球电力需求的5倍。
不过，研究也指出了一些该行业有可能面临的挑战，主要关注于目前广泛用于反射镜的银。即使不考虑蓬勃发展的CSP产业的需求，在未来几十年银金属也最有可能出现供不应求。CSP反射镜制造商可能会使用其他反射面材料(如铝)以确保成本竞争力。
按照Greenpeace/IEA SolarPACES/ESTELA的增长情景预测，到2050年CSP发电量可达到8000TWh/年，CSP电厂消耗的硝酸盐是目前年产量的50%~120%，几种常见材料(如玻璃、镍、镁、钼等)消耗量是目前年产量的5%~15%。
研究人员指出，抛物槽式CSP电厂倾向于使用大量的混凝土和钢铁，而小型定日镜塔式发电厂的铝和不锈钢使用较多。和一座熔盐吸收塔CSP电厂相比，抛物槽电厂每兆瓦需要更多的熔盐。这意味着槽式发电厂比塔式发电厂更容易受到熔盐生产瓶颈的影响，除非采用其他的存储技术。
研究人员认为，更高的蒸汽温度和发电厂效率的提高将使得材料需求降低，但较高的温度意味着要使用更多高品质钢材，而且如钼、铌等管道、接收器和涡轮机使用的合金材料无论是在库存还是产量方面都受到限制。研究人员提到，如果仅CSP使用可能是足够的，但这些材料还有许多其他用途，在更遥远的未来这可能是一个问题。在短期内，应该优先考虑取代银和增加硝酸盐(作为吸热熔盐)的产量。
欧盟投资千万欧元发展纳米薄膜太阳光伏电池项目
欧盟第七框架计划已批准实施薄膜太阳能光伏电池项目“基于纳米材料和工艺的低成本高效率硫族化合物太阳能电池开发和规模化制备”(SCALENANO)，项目总预算为1022.88万欧元，项目执行期为2012年2月1日至2015年7月31日。
共有来自欧洲13个不同机构的研究小组参与，分别为西班牙Catalonia能源研究所、法国NEXCIS光伏技术公司、瑞士联邦材料科学和技术研究所、德国默克集团、意大利理工学院、英国诺丁汉大学、英国创新材料工程技术公司、卢森堡大学、法国原子能委员会、德国亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心、匈牙利Semilab公司、瑞士南方应用科技大学、柏林自由大学等。这些研究小组将合作共同开发铜铟镓硒(CIGS)等硫族化合物太阳电池技术，削减生产成本，同时采用纳米材料以增加薄膜模块效率，以提高欧洲光伏技术的竞争力。
加拿大研究人员在PVT系统太阳能电池方面获得突破
加拿大研究人员已经在太阳能电池技术方面取得了突破，这一突破使得新一代PVT系统能够产生大量的电能和热量。加拿大皇后大学的研究人员们已经发现，非晶硅可以提供更多的热量而且其太阳能发电量比传统的晶体硅电池高出10%。这为开发更加高效的PVT技术铺平了道路。传统的太阳能PVT系统一般都是采用能够发电、但产生的热量较少的晶体硅电池。
大学机械和材料工程系的研究人员在PVT系统中对非晶硅电池进行了设计和测试。该项研究表明非晶硅电池可以增加热量，且能够将太阳能发电量提升10%。研究人员Joshua Pearce介绍说：“这些研究打开了非晶硅应用的全新局面，并发明了具有高经济价值的PVT。在加拿大，我们既需要太阳能发电也需要太阳能供暖，但我们遇到了“屋顶房地产”的问题。现在，人们可以通过一个简洁的组合便可获得太阳能发电和太阳能供暖。”根据皇后大学的研究人员所述，与晶体硅相比，非晶硅具有多个优点，包括非晶硅需要的材料用量少，制造成本较低，因此投资收益较高。皇后大学的研究同样也显示了非晶硅电池的厚度可以加大，因此在PVT系统中能够承受更高的工作温度。在其研究论文中，Stephen Harrison和Pearce介绍说：“一般来说，PVT系统的要点是冷却光伏电池，以改善电气性能。但是，与太阳能集热器相比，热组件的性能较差。非晶硅的温度系数较低，这使得PV电池能够在更高的温度下工作，可能使PVT系统更具有共生性。”该项研究已经发表在《太阳能》以及《太阳能材料和太阳能电池》等多份太阳能期刊中。
日发售太阳能版热电联产系统，转换率超40%
虽然可再生能源备受期待，但成本及发电量不稳定等问题成为阻碍，尚处于发展阶段。成为热议话题的太阳能发电在转换效率方面也存在很大的改进余地。不过，从今年7月起，日本智能太阳能国际公司(Smart Solar International)以每台8万日元(不含税)的价格正式开始销售其太阳能发电系统，其社长富田孝司断言：“太阳能发电很有可能成为基础电源，我们正在争取实现等同于火力发电的能源转换效率” 。
智能太阳能国际成立于2009年，富田曾是夏普常务董事，作为夏普太阳能系统事业本部长，带领夏普夺取全球太阳能发电系统销售额七联冠，在太阳能发电行业界广为人知，被称为“太阳能先生(Mr.solar)”。
反其道而行之，增加转换率
大多数太阳能发电系统重点解决的问题是：如何减少没有转化为电能的光能变成的热量。因为太阳光中含有多种波长的光，所以，不同材料的太阳能电池可有效转换为电能的光线的波长也不同;那部分没有被转化的光能就变成了热能，释放到空气中;并且，热量也会导致太阳能电池板出现恶化。
而富田开发的新系统采取完全相反的构思——积极回收这部分热量，并将之作为能源使用。或许可说是一个通过电力及热量回收能源、提高整体效率的“太阳能版热电联产系统”。
该系统所使用的太阳能电池板单位面积的转换效率为23%到24%，约为普通结晶硅太阳能电池的1.6倍。加上热能的回収，总转换效率可提高到40%以上。 富田充满信心地说：“如果进一步改良热回収系统，实现媲美火力发电站的能源转换效率也并非幻想。”
新系统能够实现较高的能源转换效率，主要得益于三项关键技术。即受光单元多层化、跟踪聚光以及冷却技术。受光单元指的是几厘米见方的电池板，几十枚受光单元排列组成模块。
多层化受光单元增加转化率
新系统能够实现较高的能源转换效率，主要得益于三项关键技术。即受光单元多层化、跟踪聚光以及冷却技术。
现在，太阳能电池材料约9成为结晶硅。这种材料主要与中等波长的光线相容性较好，无法将波长较长的红外线转变为电能。另一方面，波长较短、具有较高能源的紫外线虽然能够发电，但也有很大一部分无法转变为电力，而是变为热量。因此，最大转换效率理论上为29%，制成产品之后仅能达到15%左右。 于是，智能太阳能国际在新系统的单元上重叠使用了多种半导体，可分别有效转换“长、中、短”波长的光线。
之前也有层压式化合物太阳能电池的解决方案——用锗制成基板，使用砷化铟镓及磷化铟镓等。转换效率非常高，耐辐射性能也很出色。不过，锗存在价格昂贵、产生热量多的弱点;而且，层压技术还处于开发状态，没有实现量产化。
富田开发出了使化合物半导体实现多层化的自主技术。可自由组合使用硅类及有机类等多种单元，从而实现多层化，这也是其优势所在。可从多种波长的光线中提取电力并进行合成。富田称，通过组合使用多种单元，可实现50%到60%的转换效率。
今年7月上市的新系统依然使用锗基板，但今后将随着开发的进展不断进行改良，可进一步降低价格。
跟踪聚光技术延长发电时间
目前设置于住宅屋顶等处的固定式太阳能电池，阳光入射角变动较大。因此每天的平均可发电时间实际上只有4个小时左右。为增加受光时间，富田采取了“跟踪聚光技术”——跟踪太阳移动、聚集光线的技术。
根据太阳的移动，转动半圆形反射镜，从而能够一直照射到较多的阳光。并且，随着使用反射镜，模块也没有采用板状，而是制成了聚光效率较高的棒状。现在的模块为“30倍聚光”型，也就是在一个模块的面积上，可聚集相当于30倍面积的阳光，根据具体用途，还可制成50倍、100倍聚光型。
不过，如果单元温度太高，便会导致性能下降。例如，结晶硅的能源转换效率在40℃左右时达到峰值，之后便会迅速下降。因此富田新开发了第三个关键技术，就是冷却技术。
在管状容器中央，设置由受光单元排列组成的棒状太阳能电池模块，缝隙中填满制冷剂。从太阳能电池模块吸收热量之后汽化的制冷剂可通过位于管外的冷却装置变回液体。
充分利用释放热量的构思使进一步提高效率得以实现。将能源以热量的形式提取出来，还具有易于存储的优点。储存电能需要使用以充电电池为代表的高价蓄电系统，而热能可以通过制成热水储存在水槽中。而且还易于解决能源供应不稳定这个太阳能发电所面临的大课题。
化合物半导体比结晶硅更耐热，这一点也有助于实现较好的相容性。例如，磷化铟镓在120℃范围内性能基本不会下降。因此以供应热水为前提的制冷剂及蓄熱装置也可以利用。
热量利用方法，主要有直接使用热水、制造蒸汽旋转涡轮机进行发电、使用热电转换元件转变为电力、用于热泵热水器等。在宫城县草莓农户进行的实证试验就是将电力用于农用冰箱，热量用于住宅内供暖。
智能太阳能国际2012年度的全球销售额目标为8亿日元。并力争在2013年度达到30亿日元。富田说：“我们要充分发挥新系统耐高温的优势，向印度、孟加拉共和国及沙特阿拉伯等日照量多的地区销售。并且还在研究近期自行开展发电业务”。
松下开发出可与植物同等效率吸收二氧化碳生成有机物的光合作用系统
松下公司日前开发出了仅靠阳光即可利用二氧化碳和水生成有机物的人工光合作用系统。该系统实现了与生物质(生物资源)所使用的植物同等水平的全球最高太阳能转换效率，能够以二氧化碳替代植物作为原料，生成燃料和化学原料等有用的有机物。该系统的开发成功可说是朝着实现循环型能源社会前进了一大步。
人工光合作用是指通过人工进行与植物光合作用同样的化学反应的技术。模仿利用阳光、水和空气中的二氧化碳生成氧和碳水化合物的植物，使用阳光人工吸收二氧化碳，生成氧、甲酸、碳化氢和乙醇等。甲酸除了用于防腐剂及抗菌剂之外，目前还在探讨用于提取氢进行发电的燃料电池。
此次松下开发的人工光合作用系统能够以与植物同等水平的效率吸收二氧化碳，生成有机物，生成的有机物量随着阳光照射量的增加而增加。该系统在照射阳光的光电极处使用LED照明等所使用的、具有高度光电子转换效率的氮化物半导体，在生成有机物的电极处使用金属催化剂。
以前为了从阳光中获得二氧化碳发生反应所需的能源，光电极的结构比较复杂，而且即使提高光的照射强度，反应电流也不会成比例增加。松下开发出了利用氮化物半导体产生二氧化碳发生反应所需的能源状态的光电极技术。同时，还通过可有选择性地高效生成有机物的催化剂技术，解决了相关课题。
