鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能分析研究能源學(xué)專(zhuān)業(yè)

1、目錄中英文摘要，關(guān)鍵字.1第一章 引言.2 第1.1節(jié) 目前能源困境.2 第1.2節(jié) 太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)與發(fā)展.3第二章 鈣鈦礦電池.6 第2.1節(jié) 鈣鈦礦電池原理.6 第2.2節(jié) 制備過(guò)程.7 第2.3節(jié) 電池測(cè)試.8第三章 總結(jié).9第3.1節(jié) 測(cè)試結(jié)果分析.9第3.2節(jié) 未來(lái)能源猜想.10致謝.11參考文獻(xiàn).11摘要：自從2009年鈣鈦礦電池問(wèn)世，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的新型有機(jī)材料在太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用就受到 子 liu zi2年時(shí)間里，其光22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222

2、22222222222222人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。鈣鈦礦電池作為新起之秀，在短短七年時(shí)間里，他的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了19.3%。隨著研究的繼續(xù)，其效率很有可能超過(guò)晶體硅電池。本文主要講述鈣鈦礦電池的發(fā)展，工作原理以及作者用簡(jiǎn)易方法嘗試制備鈣鈦礦電池。文末，作者闡述了自己關(guān)于能源未來(lái)發(fā)展的粗顯的想法。 關(guān)鍵詞：有機(jī)金屬鹵化物 鈣鈦礦 禁帶寬度 載流子 光電轉(zhuǎn)換效率 生物工程 “種植園” 電鰻ABSTRACT： Since the advent of perovskite cell in 2009, the application of new organic materials with p

3、erovskite structure in the field of solar energy has attracted more and more attention . Perovskite cell as a new show, in just 7 years time, its current photoelectric conversion efficiency has reached or surpassed 19.3%. As the study continues, its efficiency is likely to exceed that of crystalline

4、 silicon cells. This paper mainly describes the development of the perovskite cell, working principle and preparation of perovskite cell by simple ways. In the end of the article, the author expounds the humble idea of the future development of energy in the future.Key word： Organic metal halide Per

5、ovskite Energy gap Current carrier Photoelectric conversion efficiency Bioengineering “Plantation” electric eel 1.1 目前能源困境從十六世紀(jì)至今，人類(lèi)人口從5億增加到70多億，增加了十多倍，而能源消耗從每年1億標(biāo)準(zhǔn)煤增加到150億標(biāo)準(zhǔn)煤，擴(kuò)大了150倍?，F(xiàn)今我們消耗的能源中大約有四分之三來(lái)自礦物燃料（例如煤，石油和天然氣等）還有一部分來(lái)自水能，核能以及可再生能源（約占5%）。據(jù)估計(jì)到2020年能源消耗將達(dá)到195億噸標(biāo)準(zhǔn)煤/年。石油將在半個(gè)世紀(jì)內(nèi)年內(nèi)耗盡，天然氣耗盡的時(shí)間為66年，

6、煤還可以再用169年。圖 1而這一問(wèn)題在我國(guó)更為嚴(yán)峻，我國(guó)屬于能源缺乏型國(guó)家礦物能源儲(chǔ)量本就不多，但我國(guó)能源結(jié)構(gòu)幾乎全靠化石能源。隨著能源需求的不斷增加，我國(guó)石油儲(chǔ)量本就少的可憐，這更是雪上加霜，許多油井已經(jīng)枯竭；雖然我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量可觀，但人口眾多需求量相對(duì)較大，維系不了多久，大量開(kāi)采煤礦帶來(lái)一系列越發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)與環(huán)境問(wèn)題，而且煤炭的燃燒是導(dǎo)致現(xiàn)在嚴(yán)重霧霾問(wèn)題的主要因素。至于以三峽大壩為代表的水電工程，一個(gè)水電站的建設(shè)需要遷移百萬(wàn)人口，帶來(lái)大量安置就業(yè)等問(wèn)題，還會(huì)直接破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)，并間接影響地質(zhì)運(yùn)動(dòng)引發(fā)地震等地質(zhì)災(zāi)難。核電原本是解決人類(lèi)能源問(wèn)題的一個(gè)方向，但切爾諾貝利核電站事故和最近的日本福

7、島核電站事故，讓我們意識(shí)到核能還是一匹未被馴服的野馬。1.2 太能電池的出現(xiàn)與發(fā)展地球上所有的能源根本上都來(lái)自太陽(yáng)，我們?yōu)楹尾蝗ブ苯永锰?yáng)能，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀冃枰碾娔?，而且太?yáng)能對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)可以算是取之不盡用之不竭的？正是因?yàn)檫@一思考，人們創(chuàng)造出了太陽(yáng)能電池。在能源結(jié)構(gòu)日趨嚴(yán)峻，迫切需要轉(zhuǎn)型的今天，太陽(yáng)能的出現(xiàn)以及其迅猛的發(fā)展，為我們帶來(lái)了曙光。1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”。十九世紀(jì)七十年代，亞當(dāng)斯等在金屬材料上發(fā)現(xiàn)固態(tài)光伏效應(yīng)。1883年，第一個(gè)使用“硒光電池”的敏感器件被制作出來(lái)。上個(gè)世紀(jì)三十年代，德國(guó)科學(xué)家提出關(guān)于Cu2O勢(shì)壘的“光伏效應(yīng)”理論。朗格首次提

8、出可以利用“光伏效應(yīng)”生產(chǎn)“太陽(yáng)電池”的愿景，實(shí)現(xiàn)從太陽(yáng)光到電能的直接轉(zhuǎn)換。1931年，布魯諾在電解液中浸入銅化合物以及用硒銀制成的電極，在陽(yáng)光下帶動(dòng)了一個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。1932年，斯托拉等人制成第一塊“硫化鎘”材料的太陽(yáng)電池。二十世紀(jì)四十年代，奧爾在研究硅材料時(shí)發(fā)現(xiàn)其具有光伏效應(yīng)。1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的恰賓等人，第一次制成了可實(shí)際使用的單晶硅太陽(yáng)電池，效率約為6%。同一年，韋克爾首次在砷化鎵材料上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)，緊接著，他沿積硫化鎘到玻璃上，制成了第一塊薄膜電池。在五十年代中期，吉尼等人對(duì)材料的光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行研究，提出優(yōu)化方法。1955年，第一個(gè)運(yùn)用太陽(yáng)能電池的航標(biāo)燈問(wèn)世。1955年，美

9、國(guó)RCA課題組研究并制成了砷化鎵太陽(yáng)電池。1957年，已報(bào)道的最好的硅太陽(yáng)電池效率達(dá)8%。1958年，太陽(yáng)能電池首次在航天上應(yīng)用，美國(guó)先鋒1號(hào)衛(wèi)星裝備太陽(yáng)能電池。五十年代末，第一個(gè)多晶硅太陽(yáng)電池被制造出來(lái)，其光電效率可以達(dá)5%。進(jìn)入六十年代，人們實(shí)現(xiàn)了硅太陽(yáng)電池的并網(wǎng)運(yùn)行。1962年，據(jù)報(bào)道砷化鎵太陽(yáng)的電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)13%。1969年，硫化鎘薄膜太陽(yáng)能電池效率已達(dá)8%。1972年，羅非斯基制造了紫光電池，可以做到16%的效率。同一年，美國(guó)宇航公司制造出背場(chǎng)電池。次年，公布的最好的砷化鎵太陽(yáng)能電池做到到15%。1974年，COMSAT提出絨面電池理念（削減反射），將硅太陽(yáng)電池效率提高到1

10、8%。1975年，首次制備出非晶硅材料的太陽(yáng)能電池。同年，帶硅材料的太嚴(yán)格能電池效率在610%。1976年，用多晶硅制成的電池可以做到10%的效率。到了八十年代，用單晶硅材料制成的太陽(yáng)能電池效率達(dá)到20%，砷化鎵材料的電池達(dá)到22.5%的效率，多晶硅材料的電池有14.5%的效率，硫化鎘材料的太陽(yáng)能電池可以做到9.15%的效率。1983年，用外延的冶金硅材料制成的電池效率達(dá)11.8%。1995年，采用高效聚光砷化鎵吸收材料的太陽(yáng)能電池可以做到32%的效率。1997年，單晶硅材料的太陽(yáng)能電池效率可以做到24.7%的效率。多晶硅光伏電池全球總產(chǎn)量第一次超過(guò)單晶硅太陽(yáng)電池，成為光伏產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。200

11、0年，日本研制出效率超過(guò)21%的非晶硅/單晶硅/非晶硅雙異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。2002年，HIT電池效率達(dá)到21%， back-connected solar cell效率達(dá)到20% 2003年，back-connected solar cell 效率達(dá)到21.5%，在250倍聚光的條件下效率可以達(dá)到27%。GaAs電池在聚光條件下達(dá)到36.9%。在1SUN條件下達(dá)到30.2%。2009年, 澳大利亞UNSW制備的5結(jié)薄膜太陽(yáng)電池效率達(dá)到43%。除了技術(shù)上的進(jìn)步，世界上很多國(guó)家的政府也開(kāi)始不斷關(guān)注著光伏產(chǎn)業(yè)。在上個(gè)世紀(jì)末，美國(guó)與荷蘭等國(guó)紛紛制定了百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃。最為世界上太陽(yáng)能電池產(chǎn)量很大的國(guó)家

12、，中國(guó)雖也制定了相關(guān)戰(zhàn)略，但受諸多因素的限制，我國(guó)在太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電以及大規(guī)模運(yùn)用這一塊，相對(duì)與其他國(guó)家較為落后。太陽(yáng)能電池發(fā)展至今大致分為三代。第一代太陽(yáng)能電池主要指使用單晶硅和多晶硅等硅材料制成的太陽(yáng)能電池, 目前實(shí)驗(yàn)室制造出來(lái)的電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)分別達(dá)到 25%和 20.4%。如圖2所示，這種光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理是, 當(dāng)能量足夠的光子入射到半導(dǎo)體 p-n 結(jié)區(qū)上, 會(huì)激發(fā)形成電子-空穴對(duì)(激子), 在 p-n 結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下, 光生空穴流向 p 區(qū), 相反的，光生電子流向 n 區(qū), 在兩極（P區(qū)，N區(qū)）大量的積累的空穴和電子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)相反的光生電場(chǎng)，即形成一個(gè)光生

13、電勢(shì)差，接通電路后就形成電流。圖 2 第二代太陽(yáng)能電池主要包括非晶硅和多晶硅等薄膜形態(tài)的太陽(yáng)能電池，以及CIGS，CdTe薄膜電池。硅材料的薄膜太陽(yáng)能電池主要是以SiH4或者SiHCl3為硅來(lái)源, 用化學(xué)氣相沉積法或等離子體化學(xué)氣相沉積法制作的, 其優(yōu)勢(shì)是可以大批量生產(chǎn)、生產(chǎn)成本低, 薄膜電池大多會(huì)制成多結(jié)結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步提高效率，現(xiàn)在其光電轉(zhuǎn)換效率最好的可以達(dá)到 20.1%。第三代太陽(yáng)能電池主要指一些具有高轉(zhuǎn)換效率的新概念電池, 包括有機(jī)太陽(yáng)能電池，染料敏化電池以及量子點(diǎn)電池等。圖三展示了各代太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)。圖 3 2.1 鈣鈦礦電池原理 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是從第三代的染料敏化電池中發(fā)展而來(lái)

14、。染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSCs）（或稱Grätzel型光電化學(xué)太陽(yáng)能電池）主要包括透明導(dǎo)電的玻璃基底，染料敏化的半導(dǎo)體光吸收材料、對(duì)電極以及電解質(zhì)等幾部分。當(dāng)能量大于染料分子帶寬的入射光照射到電極上時(shí), 染料分子中的電子被激發(fā), 被激發(fā)的電子傳輸?shù)蕉趸亴?dǎo)電層, 再被收集到電池陽(yáng)極, 再通過(guò)外電路流向?qū)﹄姌O, 形成電流; 與此同時(shí), 被激發(fā)的染料分子與電解質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，染料分子被還原,電解質(zhì)被氧化，電解質(zhì)再遇到到達(dá)電極的電子被還原，回到初態(tài)，整個(gè)過(guò)程完成了光電循環(huán), 各反應(yīng)物狀態(tài)不變，如圖4所示。圖 4鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池，是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物（CH3NH3 PbI

15、3 ）半導(dǎo)體（ABX3型，A有機(jī)陽(yáng)離子如甲胺基, CH3NH3, NH2CHNH2 ，B金屬陽(yáng)離子如Sn，Pb ，X鹵族元素如I、Br和Cl ）作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，即是將染料敏化太陽(yáng)能電池中的染料作了相應(yīng)的替換。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由上到下分別為玻璃、導(dǎo)電玻璃（FTO）、電子傳輸層（ETM）、鈣鈦礦光敏層、空穴傳輸層（HTM）和金屬電極。其中，電子傳輸層多為致密的TiO2納米顆粒，空穴傳輸層現(xiàn)在多用spiro-OMeTAD 。當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池上，鈣鈦礦吸收層吸收能量大于其禁帶寬度的光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)，電子和空穴分別被電子傳輸層和空穴傳輸層收集，電子從鈣鈦礦吸收層傳輸?shù)絋iO2電子傳輸層，而

16、后被FTO收集；空穴從吸收層運(yùn)輸?shù)娇昭▊鬏攲?，最后被金屬電極所收集，如圖5所示。圖 5 2.2 制備過(guò)程為了在測(cè)試時(shí)更精確，電池高效，我們要先對(duì)基片做些處理。首先，用膠帶在基片表面為電極柵貼出預(yù)留的地方，即在玻璃導(dǎo)電的一面，稍微偏向一邊，貼出一個(gè)寬月3mm的長(zhǎng)條。而后，用鋅粉涂抹基片的導(dǎo)電面，再用3:1調(diào)制的稀鹽酸刻蝕玻璃表面。待反應(yīng)完結(jié)后可以撕下膠帶，用清水清洗玻璃表面，再用洗手液涂抹沖洗，用以去除鹽酸和鋅粉殘留，之后將基片浸沒(méi)在丙酮之中，在超聲波下去除有機(jī)物質(zhì)，完成后將基片放入乙醇中于超聲波中震蕩去除丙酮，最后用清水在超聲波中作最后的清洗。清洗結(jié)束后將玻璃表面的水吹干，再放入紫外線除菌設(shè)備

17、之中20min，進(jìn)一步去除表面有機(jī)物殘留。準(zhǔn)備工作結(jié)束后，用ALD設(shè)備在幾片表面生長(zhǎng)一層TiO2（空穴傳輸層）。生長(zhǎng)結(jié)束后，將基片放進(jìn)加熱爐中，調(diào)至500攝氏度，退火2個(gè)小時(shí)（讓TiO2重新結(jié)晶，消除缺陷）。在等待退火的同時(shí)，用CH3NH3I（MAI）與碘化鉛（PbI2）或者氯化鉛（PbCl2）在DMF（二甲基甲酰胺）溶劑中，在60攝氏度條件下，攪拌12小時(shí)，制備CH3NH3PbI3（鈣鈦礦）。退火結(jié)束后，將基片拿至手套箱內(nèi)。將基片吸附在旋轉(zhuǎn)儀上，涂上鈣鈦礦溶液，再以3000rs的速度旋轉(zhuǎn)40秒，使鈣鈦礦在基片上旋涂均勻。靜置30分鐘后，將3組基片放置在105攝氏度的加熱臺(tái)上分別加熱45分鐘，

18、55分鐘，65分鐘。退火冷卻后，再將基片吸附于旋轉(zhuǎn)儀上，涂上P3HT（3-己基噻吩的聚合物，HTM，空穴傳輸層），以3000rs的速度旋轉(zhuǎn)40秒。最后一步，將旋涂好的基片拿到真空室鍍銀。先將銀材料放入指定的加熱舟中，再將基片放置在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的卡槽上，注意鍍銀面向下。將儀器艙門(mén)關(guān)好，先通入氦氣或者氮?dú)猓儆脵C(jī)械泵抽氣體，在抽至10帕左右時(shí)打開(kāi)分子泵，將氣壓抽至10E4帕左右。開(kāi)始加熱蒸鍍，隨時(shí)調(diào)節(jié)膜的生長(zhǎng)速度，將其控制在1.5Ås左右。膜生長(zhǎng)到100nm左右時(shí)關(guān)閉儀器，先通入惰性氣體（如氦氣，氮?dú)猓?，再打開(kāi)艙門(mén)取出電池片，至此鈣鈦礦電池已制作完成。2.3 電池測(cè)試將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池片，放

19、在太陽(yáng)模擬器所產(chǎn)生的陽(yáng)光之下，用導(dǎo)線接通分別接通電池陽(yáng)極和陰極，連通到數(shù)據(jù)收集儀器，再將電流，電壓傳輸?shù)诫娔X中，進(jìn)行分析如圖6所示。為了提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，由于一個(gè)基片上鍍有三條銀質(zhì)電極（可看作三個(gè)小電池）測(cè)試時(shí)將導(dǎo)線分別接通這三個(gè)電極，測(cè)三條數(shù)據(jù)。還可將接通正，負(fù)極的導(dǎo)線互換，在測(cè)一組數(shù)據(jù)。圖 63.1 測(cè)試結(jié)果分析鈣鈦礦電池的電流，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電腦軟件處理，得到如圖7所示的結(jié)果。圖 7從圖中可以看出，加熱時(shí)間越短，鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)換效率越高，可以假設(shè)鈣鈦礦材料更喜歡低溫環(huán)境，圖中數(shù)據(jù)表現(xiàn)最好的是加熱45分鐘的電池但其效率仍不理想，開(kāi)路電壓，短路電流以及填充因子等關(guān)鍵要素?cái)?shù)值太低。關(guān)于鈣鈦礦電池

20、，我們還有許多可以改進(jìn)發(fā)展的地方。我們可以往鈣鈦礦中摻雜其它元素來(lái)調(diào)節(jié)鈣鈦礦的禁帶寬度，例如可以用些氯Cl去替換部分的碘I，通過(guò)改變MAPbI3xClx 中X的數(shù)值來(lái)調(diào)節(jié)禁帶寬度?？紤]到鈣鈦礦中鉛元素的毒性，我們可以用鋅去適當(dāng)替換鉛。對(duì)于A位有機(jī)陽(yáng)離子，目前有人提出用NH4替換CH3NH3，發(fā)現(xiàn)其帶寬降低了0.18eV，可以更好地吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。還有人提出通過(guò)尋找更好的空穴或者電子傳輸層。例如使用溶液法制備MAPbI3結(jié)合CuSCN空穴傳輸層，這個(gè)方法制成的太陽(yáng)能電池效率達(dá)到12.4%, 比相同 條件下無(wú)CuSCN傳輸層的電池效率提升了大約23倍(短路電流可以增加1.65倍, 開(kāi)路電壓可提高百

21、分之九)。鑒于鈣鈦礦不怎么喜歡高溫環(huán)境以及柔性襯底的需要，有人便想將發(fā)展低溫工藝來(lái)制備鈣鈦礦電池，據(jù)報(bào)道薩斯喀徹溫大學(xué)的 Liu 等人利用 ZnO 顆粒退火溫度低 的特點(diǎn)，用ZnO 顆粒代替 TiO2 顆粒, 將制作鈣鈦礦電池的溫度條件下降到65攝氏度, 電池效率最好的可以達(dá)到 15.7%。在目前的技術(shù)條件下，還有一種比較成熟并被廣泛運(yùn)用的方法用來(lái)提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，即采用多結(jié)結(jié)構(gòu)。將寬禁帶的吸收層放在最上面，作為頂電池，往下吸收層物質(zhì)的禁帶寬度逐漸減小，使用這種結(jié)構(gòu)的電池可以充分吸收從紫外到紅外的光。比如我們可以用開(kāi)路電壓為1.1 V，短路電流為20 mA /cm2的鈣鈦礦作為頂電

22、池，再加上短路電流為20mA/ cm2，開(kāi)路電壓為0.75 V 吸收近紅外光的晶體硅電池，我們就可以得到效率達(dá)到29.6%的電池（值得注意的是，在這個(gè)例子中，頂層單結(jié)鈣鈦礦電池效率為17.6%，底部的晶體硅太陽(yáng)電池的效率是2324%）。同樣為了增加光的吸收，提高電池光電轉(zhuǎn)換效率，我們可以在電池表面設(shè)計(jì)一個(gè)減反結(jié)構(gòu)通過(guò)減少反射相應(yīng)的增加吸收。在電池結(jié)構(gòu)表面或者內(nèi)部嵌入納米金屬顆粒陣列, 利用表面散射或者進(jìn)場(chǎng)效應(yīng)，增加光子的傳播路徑或者增大吸收表面積。為了讓鈣鈦礦產(chǎn)生的電子和空穴能夠被電極充分吸收，我們需要改進(jìn)制作工藝與方法來(lái)獲得低缺陷的鈣鈦礦，提高載流子的壽命。因?yàn)殁}鈦礦中巨大的表界面最終決定了

23、電池的轉(zhuǎn)換效率，所以我們?cè)诔浞掷帽砻嫘?yīng)是，還要提高正向注入并抑制反向復(fù)合。同時(shí)還要注意, 鈣鈦礦吸收層與頂電極、金屬底電極之間的表界面也決定了電池的填充因子, 如果希望得到更大的轉(zhuǎn)換效率, 就要研究更好的電極材料，使之形成最小的串聯(lián)電阻、最大的并聯(lián)電阻，并通過(guò)表界面微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)成份與物理性質(zhì)的充分調(diào)控, 使鈣鈦礦與金屬電極間形成良好的歐姆接觸。 3.2 未來(lái)能源猜想從太陽(yáng)能電池的發(fā)展可以看出，電池材料從無(wú)機(jī)逐漸向有機(jī)發(fā)展。或許正是應(yīng)了我曾經(jīng)看到過(guò)的一句話：“當(dāng)環(huán)境惡劣是大自然選擇永生（以無(wú)機(jī)物的形式存在），當(dāng)環(huán)境適宜時(shí)選擇繁衍（以有機(jī)物的形式存在）”地球環(huán)境適宜，同時(shí)人類(lèi)文明建立在有機(jī)物

24、的基礎(chǔ)之上。故而有機(jī)太陽(yáng)能電池似乎是解決能源問(wèn)題不可忽視的方向。太陽(yáng)能電池最先是在航天領(lǐng)域得以迅猛發(fā)展。在太空中，諸多因素制約著有機(jī)物的存在，所以在航天上一直使用無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池，這也使得無(wú)機(jī)電池發(fā)展比有機(jī)電池早，技術(shù)更成熟，效率遠(yuǎn)高于有機(jī)電池。然而在地球上，生態(tài)環(huán)境是一個(gè)無(wú)法躲避的問(wèn)題，單晶硅等無(wú)機(jī)物太陽(yáng)能電池雖然在發(fā)電的過(guò)程之中不會(huì)產(chǎn)生污染，但是從原材料到電池的這一系列生產(chǎn)加工過(guò)程之中，會(huì)有大量的資源被消耗，大量污染物被排放。同時(shí)電池容易受濕度等自然因素的影響產(chǎn)生報(bào)廢，且電池報(bào)廢之后，處理這些廢電池又是一個(gè)不曉得問(wèn)題。還有，大片的硅電池陣列已然帶來(lái)了嚴(yán)重的光污染，在一些地方已經(jīng)嚴(yán)重影響候鳥(niǎo)遷

25、徙。我們向大自然學(xué)到了很多應(yīng)用發(fā)明，很多技術(shù)模仿于生物，那為何不再學(xué)一次？大自然中利用太陽(yáng)能效果最好的是植物，但植物用太陽(yáng)能直接產(chǎn)生的是生物質(zhì)能，而非我們所需要的電能。但是不要忘了，幾乎所有的動(dòng)物都會(huì)將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能，例如我們?nèi)祟?lèi)，我們身體里就有大量的電路，每時(shí)每刻都有電流傳輸其中，從大腦向器官傳輸著指令，有從器官向大腦傳輸著各種反饋信號(hào)，這一切都是以電流，電壓為載體的傳遞。就像電影黑客帝國(guó)所展現(xiàn)的那樣，當(dāng)人類(lèi)遮住太陽(yáng)意圖消滅人工智能時(shí)，電腦機(jī)器卻將人類(lèi)作為能源，構(gòu)建發(fā)電站。電影是虛構(gòu)的，但其原理是可行的。當(dāng)然這里，我不是要用人類(lèi)的身體發(fā)電（這是違反科學(xué)精神，反人道的）。在這里，我是要說(shuō)，

26、我們可以用植物來(lái)大規(guī)模發(fā)電。但是植物體內(nèi)所產(chǎn)生的電流和電壓，微乎其微，遠(yuǎn)沒(méi)有動(dòng)物體多，幾乎算是沒(méi)有。大自然中，將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能，運(yùn)用的最好的可能要屬電鰻。通過(guò)研究電鰻的放電原理，運(yùn)用生物工程將電鰻的發(fā)電本領(lǐng)“嫁接”到植物上，讓植物體長(zhǎng)出電鰻的那種放電細(xì)胞。這一工作需要多個(gè)學(xué)科頂尖技術(shù)的結(jié)合，其艱難難以想象，或許研究50年都未必成功，但這正是科學(xué)研究的意義所在，通過(guò)大膽的假設(shè)，嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)，不斷攻克科學(xué)高峰，將夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 倘若這一科學(xué)難題得以解決，我們就可以像種植園一樣，“種”出一片片發(fā)電站?；蛟S這一片片“種植園發(fā)電站”不僅可以為我們提供電能，還可以提供綠色食物。更重要的是，這樣的電站可以徹

27、底改善生態(tài)環(huán)境，真正生產(chǎn)出清潔，可循環(huán)的能源，還可以從根本上改善土壤環(huán)境讓沙漠變綠洲，這對(duì)于飽受環(huán)境惡化，沙塵肆虐的中國(guó)來(lái)說(shuō)尤為重要。目前，相對(duì)于無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池，有機(jī)電池最大的問(wèn)題是使用壽命太短，因?yàn)楝F(xiàn)在的有機(jī)物電池是“死的”，沒(méi)有代謝循環(huán)的有機(jī)物不可能長(zhǎng)久。若這一想法得以實(shí)現(xiàn)，這些“會(huì)發(fā)電的大樹(shù)”能自行代謝循環(huán)，生長(zhǎng)，甚至繁衍，使用壽命不再是有機(jī)電池的短板，反而成了優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橐豢脴?shù)可以活數(shù)百年?？赡芪业倪@些想法猶如天方夜譚，但夢(mèng)想總歸是要有的，萬(wàn)一實(shí)現(xiàn)了呢。我無(wú)法說(shuō)這個(gè)想法在將來(lái)一定可以實(shí)現(xiàn)，同樣也沒(méi)有人能夠肯定的說(shuō)“在將來(lái)，這個(gè)想法一定無(wú)法實(shí)現(xiàn)”。致謝感謝大學(xué)物理學(xué)部所提供的支持。感謝老師

28、的指導(dǎo)以及學(xué)長(zhǎng)的幫助。參考文獻(xiàn). 1  Green, M A. Recent improvements in silicon cell and module effieieney. In: Proceedings of 2lst IEEE PVSEC conference. Orlando, USA, 1990. 207210 . 2  Chapin D M, Fuller C S, Pearson G L. A new silicon p-n junction photocell for converting solar radiation into electrical

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