ISEN对太阳能研究的两大方向

据外媒报道，西北大学可持续发展与能源研究所（ISEN）对太阳能进行研究，其研究方向主要分为两大类：太阳能发电和太阳能燃料。首先，太阳光可以用来发电，比如硅太阳能电池；其次，其能量也可以转化为其他方式，比如用于制造液体燃料。西北大学化学系教授Michael Wasielewski表示：“所谓的太阳能燃料，实际上是利用太阳光来驱动化学反应，从而产生燃料，比如把二氧化碳带回燃料中。”

从本质上讲，太阳能燃料是将来自太阳的能量转化为一种可储存、可使用的能源形式，如液体燃料。想象一下，一块硅电池太阳能电池板产生的电力来驱动水电解器（而不是送入电网），电解器再将水分解成氧和氢，后者可以转化为氢燃料。这是一种简单的太阳能燃料，所使用的是当前通用技术。

由于使用和分配氢燃料的基础设施不足，这项技术并没有得到广泛使用。Wasielewski说：“如果你能开发一种可以应用于当前汽车技术的液体燃料，那就很有吸引力了。例如，你可以利用甲醇来为汽车提供动力。那样我们就可以像现在一样拥有标准的燃料加注站了。”

生产太阳能燃料可能需要通过集成系统，将导致气候变化的二氧化碳从大气中分离出来，并将其转化为甲醇或一氧化碳，这是化学工业中经常使用的。原则上，这有助于取代化石燃料，并减少二氧化碳排放，缓解气候变化。Wasielewski称，生产太阳能燃料时，不必局限于有太阳能电池板的集中式设施。最终可能会出现一些系统，将阳光吸收机制和燃料的化学转化机制整合至一层膜中。

Wasielewski认为，想要真正使用太阳能燃料，可能还需要十年甚至更长时间。ISEN等机构正在努力改进太阳能电池，这也将促进太阳能燃料的发展。他说：“我们正在尝试一种相对较新的太阳能电池生产方法。普通的硅太阳能电池实际上会丢弃整个光谱蓝端的阳光。”ISEN的研究人员尝试利用一种单线态裂变工艺（singlet fission）来利用被浪费的蓝光。“在单线态裂变过程中，当某些分子吸收蓝光时，你最终会在系统中以一对的代价得到两对带电粒种。”

通常情况下，参与单线态裂变的分子并不复杂：红色汽车漆中使用的分子便是有效例证。在传统硅太阳能电池中利用单线态裂变，比如在电池上覆以涂层，可以将其最大效率提高达12%。

ISEN研究人员还在研究其他几种材料，以制造效率更高、成本更低的太阳能电池，或改进太阳能电池。有机光伏（OPV）由廉价、灵活的材料制成，可用于不同的地方。

结晶钙钛矿技术也为捕捉太阳能奠定良好基础。Wasielewski表示：“这种技术具有成本低、易于生产的优势。”他指出，在钙钛矿方面，西北大学做出了一些开创性工作。钙钛矿型太阳能电池发展面临一定挑战，也存在一系列可能的解决方案，包括封装电池以保护其免受水污染，以及用锡代替有毒的铅。Wasielewski说：“挑战是存在的，但我认为，随着钙钛矿和OPV的展，以及利用单线态裂变等助推效应，将会有很多很酷的东西出现，促进下一代太阳能电池发展。”
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