太阳能电池板技术在过去二十年中取得了巨大进步。事实上，当今生产的最先进的硅太阳能电池已经达到了该技术所能达到的最高水平。
下一个是什么?新一代太阳能技术 串联太阳能电池 问世。与传统太阳能电池相比，它们可以将更多的阳光转化为电能。
该技术有望加速全球摆脱煤炭和天然气等污染性能源发电的转型。但有一个重大问题。
正如我们在《能源与环境科学》上发表的新研究表明，当前的串联太阳能电池如果要按照成为地球所需的气候节约技术所需的规模进行制造，就必须重新设计。
迄今为止的太阳能故事
太阳能电池是一种将阳光转化为电能的装置。太阳能电池的一项重要衡量标准是其效率，即可以将阳光转化为电能的比例。
我们今天看到的几乎所有太阳能电池板都是由 光伏 硅电池制成的。当光照射到硅电池时，硅电池内部的电子就会产生电流。
第一个硅光伏电池于1954年在美国展示，效率约为5%。这意味着电池接收到的每单位太阳能，有5%转化为电能。
但该技术后来已经发展起来。去年年底，中国太阳能制造商隆基宣布硅太阳能电池效率达到26.81%，创下新的世界纪录。
硅太阳能电池永远无法将太阳能100%转化为电能。这主要是因为单个材料只能吸收有限比例的太阳光谱。
为了帮助提高效率，从而继续降低太阳能发电的成本，需要新技术。这就是串联太阳能电池的用武之地。
充满希望的新飞跃
串联太阳能电池使用两种不同的材料，共同吸收太阳的能量。从理论上讲，这意味着与仅使用一种材料(例如单独的硅)相比，电池可以吸收更多的太阳光谱，从而产生更多的电力。
利用这种方法，海外研究人员最近取得了33.7%的串联太阳能电池效率。他们通过直接在传统硅太阳能电池顶部使用钙钛矿材料构建薄太阳能电池来做到这一点。
除非重新设计，否则串联太阳能电池无法超越现有技术(如图)。图片来源：Shutterstock
传统的硅太阳能电池板仍然在制造业中占主导地位。但领先的太阳能制造商已表示计划将串联电池技术商业化。
这就是串联太阳能电池的潜力，它们有望在未来几十年内超越传统技术。但除非使用新的、更丰富的材料重新设计该技术，否则扩张将会受阻。
材料问题
几乎所有串联太阳能电池都采用称为 硅异质结 的设计。与其他太阳能电池设计相比，以这种方式制造的太阳能电池通常需要更多的银和更多的化学元素铟。
但银和铟是稀缺材料。
白银被用于数千种应用，包括制造业，因此备受追捧。事实上，据报道去年全球白银需求增长了18%。
同样，铟也用于制造触摸屏和其他智能设备。但它极其罕见，只发现了极小的痕迹。
对于串联太阳能技术来说，这种稀缺性还不是问题，因为它尚未大规模生产。但我们的研究表明，这种稀缺性可能会限制制造商未来提高产量的能力。
这可能是应对气候变化的重大障碍。到本世纪中叶，世界太阳能发电装机容量必须是目前的62倍，才能实现清洁能源转型。
显然，迫切需要对串联太阳能电池进行重大重新设计，以实现太阳能部署的指数级加速。
加速转型
一些硅太阳能电池不使用铟，只需要少量的银。迫切需要进行研究和开发以使这些电池与串联技术兼容。值得庆幸的是，这项工作已经开始，但还需要做更多工作。
材料短缺并不是需要克服的唯一障碍。串联太阳能电池还必须变得更加耐用。我们今天随处可见的太阳能电池板通常可以保证至少25年产生足够的电力。硅基钙钛矿串联电池的使用寿命不会那么长。
太阳能已经撼动了澳大利亚和世界各地的发电业。但在应对气候变化的竞赛中，这仅仅是开始。
串联太阳能电池研究是真正的全球性研究，在包括澳大利亚在内的多个国家进行。该技术提供了一条充满希望的前进之路。但必须紧急重新考虑用于制造它们的材料。
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