太陽能已處于一個蓬勃發(fā)展階段。在世界上許多地方，沒有污染的天空有助于將光能轉(zhuǎn)化為電能，而光伏發(fā)電站效率更高和更可靠。與此同時，煤炭和燃?xì)獾陌l(fā)電需求在不斷下降。英國僅4月20日太陽能發(fā)電就達到了9.7 GW的峰值，幾乎占全國電力的30%，是通常日子的10倍；德國4月的1周，太陽能所占比例達23%，而2019年平均比例約為8%。

這些數(shù)字雖是暫時的，但令人印象深刻，揭示了太陽能已成熟。然而，盡管太陽能新的和閃亮的形象，但在某些方面，仍是一個舊技術(shù)。

第一塊實用的太陽能電池是20世紀(jì)50年代在新澤西州貝爾實驗室制造的，它的效率為6%，且非常昂貴。不過，事實證明，在即將到來的超級大國太空競賽中，其在衛(wèi)星動力方面有著巨大的應(yīng)用，這使人們對太陽能保持了興趣。

太陽能的發(fā)展，使成本逐漸降低，且效率提高了3倍，達到17%～20%，應(yīng)用范圍也在擴大，即使產(chǎn)能過剩的電網(wǎng)也更喜歡太陽能發(fā)電了。盡管太陽能電池在細(xì)節(jié)上有所改進，但原理還是保持不變：2層99.999 9%超純硅，每層摻雜一種添加劑使其半導(dǎo)體化，吸收光并利用其能量使電子在兩節(jié)電池間穿過從而產(chǎn)生電流。

對規(guī)?；臉?biāo)準(zhǔn)太陽能發(fā)電場，可繼續(xù)使用該結(jié)構(gòu)的太陽能電池。但許多人認(rèn)為太陽能的潛力應(yīng)該更大，一些人希望以激進的方式重新設(shè)計太陽能場，而另一些人認(rèn)為太陽能應(yīng)用規(guī)模不大，不需接入電網(wǎng)，但這兩種觀點都要求標(biāo)準(zhǔn)硅達到從未有過的效率，為此，都接受高價格的電池完成此目標(biāo)。

提高電池效率的一種方法是增加電池層數(shù)以對應(yīng)不同的太陽光譜，這意味著要使用其他材料?？茖W(xué)家們找到了一種稱為III-V的半導(dǎo)體，即化學(xué)周期表中第III族元素（鋁、鎵和銦）和第V族（磷和砷）元素。事實上，砷化鎵已用于衛(wèi)星等領(lǐng)域。美國科羅拉多州國家可再生能源實驗室John Geisz和他的同事已制造出一種包含多種III-V元素的6節(jié)電池，每節(jié)具有不同的光吸收特性。該電池在實驗室條件下效率達47.1%，創(chuàng)造了新記錄，隨著進一步的工作，效率有望超過50%。

有趣的是，隨著更多的光集中在電池上，它的效率會提高。將其布置在標(biāo)準(zhǔn)的太陽能發(fā)電場里，其效率略低一點，在40%左右。47%的數(shù)字是當(dāng)它沐浴在相當(dāng)于143個太陽的光照下得出的，即一個6節(jié)電池，配上適當(dāng)排列的反射鏡，產(chǎn)生的電能相當(dāng)于面積為400倍的標(biāo)準(zhǔn)硅電池產(chǎn)生的電能，這就是顛覆性技術(shù)帶來的成果。

另一種有前途的材料是鈣鈦礦，該名字原始物質(zhì)是一種鈣鈦氧化物的礦物質(zhì)，于1839年在烏拉爾山脈被發(fā)現(xiàn)，以俄羅斯礦物學(xué)家列夫·鈣羅夫斯基伯爵的名字命名。然而，正如礦物質(zhì)常見的方式，其所涉及的基本晶格可由多種原子構(gòu)成，因此，“鈣鈦礦”成為這些變體的通用術(shù)語。

并非所有鈣鈦礦都是半導(dǎo)體，只有金屬（如錫）和鹵素（如氯、溴或碘）的組具有該特性，這些金屬鹵化物鈣鈦礦成分豐富且價格低廉。利用鈣鈦礦制造電池的領(lǐng)軍者是成立于2010年的英國牛津光電公司，該公司利用牛津大學(xué)Henry Snaith在鈣鈦礦上所做的工作，設(shè)計出一種串聯(lián)電池混合結(jié)構(gòu)，即在硅層上覆蓋鈣鈦礦。

該設(shè)計有兩個好處：①與多層III-V電池一樣，鈣鈦礦——硅串聯(lián)電池將捕獲太陽光的任務(wù)分開：上部鈣鈦礦層吸收藍色光譜的光，下部硅層吸收其余波長一直到紅光的光。在2018年一次測試中，該串聯(lián)電池以28%的效率創(chuàng)下了同類電池的新紀(jì)錄，而公司工程師們認(rèn)為，最終效率可達35%左右。②采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)流程就很容易制成太陽能電池板，有助于與傳統(tǒng)太陽能電池板的競爭。目前，德國一個新建工廠將生產(chǎn)此類產(chǎn)品，希望明年能上市。

35%左右的效率是否足以替換硅電池現(xiàn)有的市場份額還有待觀察。然而，鈣鈦礦具有硅所沒有的特性，如在低光強度下工作。根據(jù)此特性，羅馬Tor Vergata大學(xué)Thomas Brown教授和德國德累斯頓Fraunhofer大學(xué)John Fahlteich教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出了能在建筑物內(nèi)部照明水平下運行的太陽能，要知道，人工照明的能量遠遠少于陽光，盡管如此，根據(jù)Thomas Brown和John Fahlteich，該電池的轉(zhuǎn)換效率達22.6%，可運行小型、低功耗設(shè)備，如無線傳感器和遙控裝置等。

盡管把室內(nèi)人工照明再轉(zhuǎn)換成電能有些奇怪，因為室內(nèi)人工照明即是由電產(chǎn)生的。事實是，所有那些最終沒有進入人眼的光線都被浪費掉了，這種方法只是減少了浪費程度。隨著依賴傳感器、無線控制系統(tǒng)和其他電子設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，該方案還會得到更廣泛的應(yīng)用，如果有效的話，“電池不包括在內(nèi)”的標(biāo)簽將從警告變成建議。