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清洁可再生能源——大型聚光光伏电站 陈诺夫 人类从钻木取火开始，对能源的需求与日俱增。 艺限制，致使单晶硅太阳电池成本居高不下。第二 在近代，随着科学技术的高速发展，对能源已经产 代薄膜太阳电池也取得了令人瞩目的成就，CuInSe2 生了依赖。人类长期赖以生存的能源，如煤炭、石 （铜铟硒）和CdTe （碲化镉）等薄膜电池的实验室 油和天然气等都属于化石能源。虽然还没有准确的 效率目前分别为 16.5%和 18.5%，虽然仍有望在效 方法可以预测化石能源究竟可以开采、使用多少年， 率上进一步突破，但前者稳定性差，后者又较难制 但是随着开采技术的不断提高和对化石能源需求的 作，而且由于 Cd 具有较强的毒性，很多国家已经 急剧增长，化石能源的枯竭已经不再遥远。据估计， 禁止使用含 Cd 的制品。非晶硅及氢化非晶硅的来 化石能源只能支撑大约 40~60 余年。 源较广，但是转换效率较低且大面积薄膜制作也存 在化石能源之后，什么是可替代的能源？人们 在价格高的问题。相比之下，GaAs （砷化镓）基的 最关心的问题是能源安全，只有安全的能源，才能 太阳电池 30%乃至更高的效率独具优势，但是砷化 被人类大规模使用。同样，只有安全地获取能源， 镓的材料成本远高于硅电池的材料成本，而电池片 能源才能真正发挥其作用。目前，人类可以想到的 的价格是光伏系统成本最主要的部分。因此，高额 可利用能源主要有：太阳能、水能、风能、生物质 成本成为制约光伏发电大规模应用的主要障碍。 能、海洋能、地热能及核能。在这些能源中，目前 为了进一步降低光伏发电成本，减少太阳电池 利用最好的是水能。但是，水能的资源非常有限， 芯片的消耗，聚光技术是一项可行的措施，即通过 远远不能满足人类的需要。核能是一种矿物质能， 采用廉价的聚光系统，将太阳光汇聚到面积很小的 在地球中核原料的储量同样有限，大规模地开采同 高性能光伏电池上，从而大幅度降低系统的成本及 样有枯竭的一天。此外，核废料的污染是一个非常 昂贵的太阳电池材料用量。理论估算表明，聚光光 难以解决的问题。那么，在太阳能、风能、生物质 伏发电成本完全可以达到大规模应用所接受的价格 能、海洋能和地热能中，究竟哪些能够成为化石能 范围。 源之后的替代能源呢？ 各国光伏工作者也不断地以实验结果验证，聚 首选是太阳能，作为一种取之不尽、用之不竭、 光技术将是在提高太阳电池转换效率的前提下，大 清洁无污染的绿色能源，对其有效开发利用已成为 幅度降低电池片的消耗量和光伏发电成本的最有效 实现能源可持续发展的重中之重。从长远看，太阳 方案。早在 1989 年，GaAs/GaSb （砷化镓/锑化镓） 能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重 机械叠层双结太阳电池的效率已经达到 32.6% 要地位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世 （AM1.5 ，100−suns ）。1995 年德国 Fraunhofer ISE 界能源供应的主体。根据欧盟联合研究中心（JRC ） 和 Calibration 实验室研制的 Ga0.51In0.49P/GaAs （镓 的预测，到 2030 年可再生能源在总能源结构中占 铟磷/ 砷化镓）双结级联太阳电池，效率为 31.1% 到 30 ％以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供 （AM1.5 ，300−sun