透明太陽能板可將窗戶、手機轉化成電源

「透明」太陽能電池的構想，就是來自於此。歷經至少20年的大學研究及美國政府的資助，新創公司期盼不久就能將這種技術投入市場。

打造透明太陽能電池的先鋒研究人員，借助於有機化學，成功突破了太陽能發展的最大侷限之一。雖然文明世界的現有能源當中，以太陽的潛力最大，不過我們對這種能源的掌握卻很有限。架設在屋頂上的太陽光電板，將陽光轉換成電力的最高效率只有20%。

經過不斷研發，太陽能板的轉換效率已然提高。但是一些科學家主張，若要充分利用太陽能，也必須擴充用來吸收陽光的設備數量，辦法就是打造幾乎透明或完全透明的電池。

「這是顛覆想像的太陽能，如此一來，我們馬上就有了大量可運用的表面積，」麥爾斯‧巴爾說。他是無所不在能源公司的執行長，同時也是創辦人之一。這家位於矽谷的新創公司，由麻省理工學院和密西根州立大學的研究人員組成。「你可以盡情想像那是何種情景。在我們看來，這種技術的應用，最終將無所不在。」

不可見光譜的電能

小學課本教過有關光的知識，就是透明太陽能電池的概念基礎：太陽以可見光和不可見光的形式，傳送太陽能，而紫外線和紅外線屬於不可見光。太陽能電池的設計，就是只捕捉光譜中的不可見光，並讓其他所有可見光穿透。換句話說，太陽能電池看起來就是透明的。

打造這種材質的祕訣就是有機化學。科學家至少從1990年早期開始，就運用碳、氫、氧和一些地球所有生命中可找到的其他元素作為基礎構件，致力於設計出能夠傳輸電子（也就是傳送電流）的分子陣列。

「有機化學之美，就在於可以運用各式各樣的材料，」尼可斯‧柯比達奇表示。他是美國能源部位於科羅拉多州哥登的國家再生能源實驗室（NREL）資深研究科學家。「可能性無限，但也不能等閒視之，我們非常了解自己的需求。你可以將這種材質設計成人眼所見的綠色、藍色、其他顏色，或者是透明的。」

不過，只吸取太陽的不可見光，意味著轉換效率會大打折扣。雖然無所不在能源公司已經和馬里蘭的一家私人小公司合作研發透明太陽能電池，而這家名為「太陽能窗戶科技」（Solar Window Technologies）的公司希望將這個構想推銷給大樓使用，不過柯比達奇說，因為效率的緣故，他們的研究團隊主要還是以建造不透明的有機太陽能電池為主，以便能同時捕捉可見光。

無所不在能源公司的研究團隊相信他們想出了最佳配方，而這個配方是以一項受到美國政府支持、且在2011年由麻省理工學院科學家發表的研究為基礎。

「通常會直接在透明度和效率等級之間做出取捨，」巴爾說。「運用我們的做法，就能夠以高透明度等級，取得數量可觀的能源。」

巴爾指出，無所不在能源公司正持續努力，希望能達到10%以上的轉換效率，雖然仍比矽的效率低，但這種技術可以裝設於更廣泛的範圍。「我們周遭的玻璃面，多到數不清，」巴爾說。

有機的優勢

柯比達奇指出，有機太陽能板還有另一個優勢。傳統矽太陽能板的製造，通常是在高溫爐中將石英砂處理成矽，但是有機太陽能電池的塗層在製造上不但耗費更少能源，一旦投入生產，所需的成本應該也會遠低於矽太陽能板。

「不需要超高真空室，也不必將任何東西加熱到300到400度，」柯比達奇說。只要使用標準塗膜製程，就能讓太陽能材料沉積，一切都在環境溫度下進行。無所不在能源公司的工程師，正在打造比人的一根髮絲還細1000倍的有機光電結構體。

觀賞影片：黏貼式太陽能板的追尋之路

綠能媒體研究（GTM Research）的市場研究公司副總裁謝爾‧卡恩，本月稍早在Reddit社交網站的「有問必答」看板上，特別強調透明太陽能電池在製程成本上的優勢。不過他也表示，透明太陽能板的公司未來與建構完善、轉換效率更高的傳統太陽能板競爭時，恐怕難以籌措到足夠資金來提高生產效率。

巴爾說，無所不在能源計畫先以小規模的方式向外界展示這項技術的優點。目前該公司位於雷塢的試生產廠區正與行動裝置廠商合作，設計利用無所不在能源的技術來發電的智慧型手機、手錶和其他小型電子產品的原型。

「我們認為提供電池壽命的額外功能，並解決電池壽命的問題，對我們來說是很好的著力點，」他說。

以透明太陽能發電的行動裝置何時問世和定價為何，目前尚不可知。但是巴爾表示，無所不在能源研究團隊不認為這項技術會大幅增加行動裝置的成本。屆時，可別在您的新式太陽能發電智慧手機上尋找太陽能板。如果一切依無所不在能源公司所願，行動裝置螢幕玻璃下那層看不到的塗層，就是太陽能電池。

「理想情況是，」巴爾說，「根本什麼都看不出來。」

本文章截自一系列探討能源議題的特別報導。欲了解更詳細的資訊，請造訪：能源大挑戰（The Great Energy Challenge）。

撰文：Marianne Lavelle, National Geographic

編譯：蘇睿哲