基于光电子催化技术的太阳能电池

周延超

上海交通大学电子信息与电气工程学院

本科生

1　基于光电子催化技术的太阳能电池工作原理

太阳能电池虽然在近十几年里得到了空前的发展，但是相对于传统的化石能源，太阳能电池仍有着光电转化效率低、生产成本高等缺点。其铺设与推广也受其受光面积、材料性质等因素的制约。

光电子催化技术打破以往的无机太阳能电池与有机太阳能电池的隔膜，融合蛋白质工程、基因工程、生物酶催化和纳米材料等高新技术，制成低成本、高效率、高适应性的新型太阳能电池。

在基于光电子催化技术的太阳能电池中，光电子酶与纳米链式硅晶电池起着至关重要的作用。光电子酶在太阳能电池中起着降低光电子逸出功的作用，即令电子处于一种极易被激发的状态，类似于降低化学反应活化能的作用。另一方面，纳米级的链式硅晶电池通过原子层面的特殊设计，其PN结处于极易受激的状态，并且它与酶相匹配，在光照条件下能够产生光生电动势。利用光生电动势可制成太阳能电池。

图1　基于光电子催化技术的太阳能电池工作原理

2　基于光电子催化技术的太阳能电池性能优势

转换效率方面，光电子酶与纳米链式硅晶电池两者的结合使太阳能电池的效率提高至50%以上。极高的光电转化效率是基于光电子催化技术的太阳能电池的重要特征，也是其最大的性能优势。

成本方面，利用蛋白质工程设计、细胞培养技术获取的光电子酶成本极低，适于大规模量产。另外，纳米链式硅晶电池原料来源广泛，原料成本低。同时，随着制造工艺的成熟和纳米科技的进步，纳米链式硅晶电池成本将进一步降低。

适应性方面，由于其电池单元属链式纳米级，因而外形的制作更为灵活，甚至可以达到任意折叠、弯曲的效果，适应性和灵活性相比于传统硅晶电池大大增强，十分利于大规模推广和产品间的融合，对于个体体验和规模化生产都有不错的适应性。

3　应用意义与前景

随着化石能源的日益枯竭和其导致的环境问题的日益加剧，清洁能源取代化石能源是大势所趋。基于光电子催化技术的太阳能电池凭借其成本低、效率高、适应性强等优势，毫无疑问将为人类解决诸多现实难题，推动人类社会的进步和繁荣。

能源方面，太阳辐射到地球的能量是人类能源消耗的10 000倍，并将持续十亿年。基于光电子催化技术的太阳能电池能源总量大，转换率高，预计将占据能源结构中70%以上的比重。

环境方面，较之化石能源，基于光电子催化技术的太阳能电池碳排放量低，环境污染小，将在减少碳排放的行动中起到中流砥柱的作用，全球的碳排放量将至少降低60%以上。

社会及政治方面，基于光电子催化技术的太阳能电池结合智能电网，将融入全球能源互联网的战略将优化资源配置，促进资源和平利用，稳定各国的发展形势，促进新的世界格局的形成有着难以估计的推动作用。

在产业升级和技术革新方面，基于光电子催化技术的太阳能电池对于产业结构的优化升级和技术革新也将有极大的催化作用，将催生一大批诸如太阳能汽车、太阳能厨具、太阳能存储等新产品和新技术，极大地提高社会生产力和人民的幸福感。