太陽能產業分析最有效和前景最為寬闊的當屬塑料光伏電池技術，一旦技術成熟，我們能夠像印刷報紙一樣生產光伏電池。我們的目標是達到10%的轉化率，而且最終將會超過目標

理論上，解決世界能源問題的方法非常簡潔。找一塊陽光充分的地方，只要半個青海省那么大，然后設法利用那兒太陽的能量，只要能夠利用其20%，那么問題就解決了——你已經擁有足夠的電力來滿意全世界的能源需求，而且這種取之不盡的電力是最清潔的。

有這么簡潔嗎？多年以來，每當太陽能技術取得什么進展，人們總會歡呼雀躍地認為新的革命來臨了。但是這些革命每次都以失敗告終，主要是由于太陽能技術太過昂貴，而且和核能、風能等其他替代能源比較起來產出效率太低，沒有足夠的資金來啟動大規模的太陽能轉化項目。最近，事情卻不同了。在政治意愿、經濟壓力和技術進展的共同作用下，我們即將迎來一個太陽能時代。

傳統的太陽能利用技術

石油價格居高不下，民眾普遍熟悉到石油給環境造成的破壞，對太陽能電池產業的投資狂飆突進，太陽能電池的效率穩定提升，全部這些因素使得我們利用太陽來滿意全世界全部電力需求——2022年的保守估量是1.5億千瓦時——的愿望最終變成了現實。

應用最為廣泛的太陽能技術是聚光系統。成排的聚光鏡對準太陽，將它的能量聚集在布滿液體（比如油或水）的管道上。然后將液體加熱到大約400攝氏度，產生的蒸汽推動傳統的渦輪發電機。聚光系統能夠將它所捕獲的太陽熱量的大約20%轉化為電能，和某些商業光伏電池差不多，但成本相比之下低得多。

20世紀80年月，美國內華達沙漠建起了九個聚光太陽能發電莊園，它們的總面積才1平方公里，裝機容量為35.4萬千瓦。這些太陽能莊園原來有擴張的方案，但在20世紀90年月初期，由于石油價格低迷，該方案沒有得到實施，但它們連續向當地電網輸送電能。現在石油價格高漲，這些方案又重新被提起。2022年12月，自1988年以來美國第一個聚光系統在亞利桑那州宣告落成，它的裝機容量為1000千瓦。

其他傳統的太陽能發電技術包括西班牙的陽光塔和美國加州的碟狀鏡。前者的太陽能利用率大約為15%，后者約為24%。去年西班牙方面投資興建了其次座陽光塔，裝機容量為2萬千瓦。美國加州則在該州的沙漠地帶興建兩萬個碟狀鏡，建成之后裝機容量將達到50萬千瓦。

光伏電池技術

1954年，美國的貝爾試驗室創造了第一塊光伏電池；自那以后，電池將光能轉化為電能的效率就始終是該技術的弱點。問題的根源在于光伏電池運作的方式。全部的光伏電池本質上都是半導體材料，每受到一個光子的撞擊，就會釋放出一個電子。科學家們設法讓這些電子形成電流。

而撞擊這塊半導體的太陽光子所攜帶的能量并不相同，并非全部光子都能激發出電子。

貝爾試驗室發覺硅最適合于陽光中的光子能量譜。即便如此，他們所制造的第一塊電池的轉化率只有6%。在隨后很長一段時間里，該技術的進展特別緩慢，轉化率最高只能達到百分之十幾，但成本非常昂揚，只能派上軍事或航天用途。但過去十年相關技術取得了極大的進展，商業化的光伏電池轉化率能夠達到20%，試驗室的轉化率則更高。

去年，艾倫巴奈特和他在特拉華高校的同事打破了紀錄，他們設計的光伏電池的能量轉化率高達42.8%。巴奈特說在不久的將來，轉化率為50%的光伏電池將會進入商業領域。他們的設計和現代的生產技術結合在一起，意味著利用太陽能發電的成本已經快速下降。

德國亞琛的太陽能產業分析家邁克爾羅格爾指出，由于這項科研成果，在全世界電價最高的地方（日本的部分地區、美國的加州和意大利），太陽能發電的成本已經接近甚至相當于自然?氣和核能發電的成本。例如在美國，平均電價（傳統方式發電）是每度電10美分，而太陽能發電的成本已經下降到差不多每度電20美分。這使光伏電池市場得到了蓬勃的進展——如今每年增長大約35%——私人投資者也開頭產生深厚的愛好。以太陽能為主營業務的公司的股票市值在2022年1月只有400億美元，如今已經增長到超過1400億美元，這使得太陽能成為全球市場增長最快的領域。

美國總統喬治布什已劃撥了1.68億美元的聯邦基金資助美國太陽能創新方案，該討論方案的目標是降低光伏發電技術的成本，使其到2022年能夠和其他能源技術一較凹凸。羅格爾認為布什的目標是能夠實現的。他說制造光伏設備的成本已經大大下降，在某些地方，利用光伏技術得到的電能已經比傳統電能要廉價。制造光伏電池的成本是每瓦特發電力量1美元，這個成本在任何地方都應當具備競爭力。

光伏電池的利用現狀

在這場陽光革命中領先的國家是德國。2022年11月，由于石油和自然?氣價格飛漲、全球變暖越來越嚴峻，德國國會批準了一項“饋入稅”方案，這項方案給太陽能開拓了寬闊的市場。任何人只要利用太陽能發電，就能把所發的電賣給國家電網，價格為每度45~57美分，這幾乎是市場價的三倍——消費者用電每度只需支付19美分。法律規定德國的電力公司在2024年之前必需根據這個價格收購居民利用太陽能所發的電。這項方案使大量的德國人產生了投資太陽能電池板的愛好。時至今日，德國的光伏發電系統已經超過30萬套。這讓德國成為全世界增長最快的光伏發電市場。世界上已經安裝的光伏電池板有55%在德國，每年能夠利用太陽能發電30億瓦特，相當于三到五座傳統的發電廠。

意大利和西班牙在去年追隨德國的腳步，也頒布了他們的“饋入稅”方案；美國加州的太陽能促進方案投入了28億美元的現金，資助新安裝的光伏發電系統，分攤下來每瓦特的資助額大約為2.5美元。羅格爾猜測到2022年，將會有20個國家頒布同樣的稅收方案。

人們盼望，通過刺激需求，這些資助也會刺激光伏技術討論和相關材料的制造技術，將光伏發電的成本降下來。這可能有助于加速已經存在的光伏技術的進展，但也有可能將這個產業逼進死胡同，由于用硅材料制成的光伏電池板很快就會到達轉化率的理論極限——大約為30%。然而，澳大利亞新南威爾士高校的馬丁格林認為，人們有可能利用其他材料制造出轉化率極限為74%的光伏電池。而且盡管這些資助從某些方面來講刺激了市場，但多數分析家認為現有光伏電池的成本還是太高，無法成為主流。

新技術帶來的曙光

所以有很多討論人員開頭查找其他的替代方案。最為廉價的光伏電池是薄膜電池，薄膜電池的體積只有傳統光伏電池體積的百分之一，而且它的禁帶可以通過調整薄膜中所含成分的比例而得到改善。例如，一種由銅、銦、鎵和硒混合而成的電池很廉價，但在試驗室的試驗中，它的轉化率已經能夠達到19%左右。

此外還有通過濾鏡或者納米晶體（nanocrystals）來提高轉化率的方法。但是最有效和前景最為寬闊的當屬塑料光伏電池技術。圣巴巴拉加州高校的艾倫希捷和同事一起創造了一種能夠導電的塑料。這種半導體塑料和硅以及其他光伏電池材料一樣，都能夠讓光子釋放出電子。今年7月份，希捷勝利地研制了一塊轉化率達到6.5%的塑料光伏電池，創下了新的紀錄。

希捷指出，塑料光伏電池真正迷人的地方在于，一旦技術成熟，我們能夠像印刷報紙一樣生產光伏電池。“我們的目標是達到10%的轉化率，而且最終將會超過目標，”他