摘要：自1883年纽约发明家查尔斯·弗里茨（Charles Fritts）制造出首个太阳能电池以来，太阳能技术已取得了显著的进步。弗里茨的装置效率极低，仅能将吸收的阳光中微不足道的部分（约1%至2%）转化为电能。从硅基太阳能电池到化合物薄膜太阳能电池，再到如今的新型

摘要：

随着下一代太阳能电池板的问世以及钛材料成本的降低，可再生能源的未来正以前所未有的速度焕发着新的活力。

自1883年纽约发明家查尔斯·弗里茨（Charles Fritts）制造出首个太阳能电池以来，太阳能技术已取得了显著的进步。弗里茨的装置效率极低，仅能将吸收的阳光中微不足道的部分（约1%至2%）转化为电能。从硅基太阳能电池到化合物薄膜太阳能电池，再到如今的新型太阳能电池，光伏技术已历经三代革新。目前，主流的硅基太阳能电池平均能将吸收的阳光中约22%转化为电能。

作为第三代太阳能电池的代表技术之一，钙钛矿电池凭借其效率提升迅速且潜力巨大而备受瞩目，被誉为太阳能电池领域的“规则改变者”。然而，如今钙钛矿电池迎来了一个新的强劲对手——钛基太阳能电池。最近，日本科学家成功研发出首款利用钛制造的太阳能电池板，其功率可能远超传统电池1000倍。这项创新技术通过利用二氧化钛和硒的独特属性，不仅显著提升了效率，更有望彻底颠覆整个太阳能发电行业。

传统太阳能电池板主要采用硅基材料，而日本的新技术则采用了钛和硒层结合的光伏电池。新的钛硒电池板之所以效率更高，得益于一种先进的制造工艺，该工艺能够精确控制这些材料之间的相互作用。研究人员发现，通过减少碲对硒结构的负面影响，可以改善二氧化钛层和硒层之间的附着力；而增强这种附着力则能提高能量转换效率，使得相同数量的阳光能够产生更多的电力。日本科学家在《太阳能材料与太阳能电池》杂志上向全球介绍了这一突破性技术。

通常情况下，碲（Te）在二氧化钛（TiO₂）/硒（Se）界面附近的积累会导致分流电阻不足，进而增加暗漏电流。同时，制备精确、均匀的亚纳米碲薄膜也是一项极具挑战性的任务。为了突破这些限制，日本科学家提出了一种新技术：通过在二氧化钛窗口层上对堆叠的1st-Se/Te/2nd-Se前体进行后退火处理，形成硒吸收层。实验结果表明，这种方法有效改善了二氧化钛层和硒层之间的粘附性，并提高了二氧化钛/硒异质结光伏器件的功率转换效率。

钛具有极强的抗腐蚀性能和耐用性，但其高昂的生产成本一直限制了其广泛应用。由于钛和氧之间的强亲和力，从矿物中提取钛的成本极高且能耗巨大，因此钛主要被用于航空航天和医疗等高端领域。然而，这一局面可能即将发生改变。在钛硒电池板研究的基础上，科学家们开发出了新的钛生产方法，有望降低其成本。

东京大学的科学家们设计了一种创新的提取工艺，可能终于打破了钛的成本障碍，使其在众多应用中更具可及性，包括太阳能领域。这项研究成果发表在《自然通讯》上，其影响深远，不仅涉及可再生能源行业，还波及使用钛的其他多个领域。该研究的主要作者Toru H. Okabe解释道：“工业上大规模生产铁和铝等金属很容易，但钛金属却是个例外，因为从矿石中去除氧的成本过高。我们采用一种基于稀土金属的创新技术，成功将钛中的氧含量按质量计降低至0.02%。”

具体来说，东京大学的科学家们引入了一种高通量技术，该技术可有效将熔融钛中的氧含量降低到适合结构材料应用的水平。该技术的核心在于通过无缝集成精炼、熔化和铸造工艺来简化钛的大规模生产流程。所开发的方法利用了钇（Y）等稀土金属对氧的高亲和力，能够直接将氧化钛原料转化为低氧钛，而无需经过中间化合物阶段。此外，该工艺还为高氧含量钛废料直接升级回收为低氧含量钛提供了途径，有望大幅降低钛的生产成本并推动其广泛应用。

然而，尽管新工艺成本效益更高，但目前仍存在一个挑战：钇在用于净化钛时会留下微小的杂质（最终产品中钇的含量可达1%），这可能会影响钛的耐用性和抗腐蚀性。这些影响可能对电子、航空航天等行业构成重大挑战。为了大规模应用这种材料，研究人员必须找到一种方法消除这些残留物。他们目前正在努力解决这些问题，并寻求在保留成本节约优势的同时减少钇的污染。一旦这一障碍被克服，钛革命可能会永远改变可再生能源的生产方式。

除了日本，德国研究人员也将目光投向了硅基以外的太阳能电池材料。他们认识到硅基太阳能电池的效率存在上限，因此开始探索其他原材料的特性——特别是钛酸钡。他们发现，如果将钛酸钡嵌入钛酸锶和钛酸钙之间，电流强度将比使用纯钛酸钡高出10倍。德国研究人员表示，由于钡基技术不需要pn结来产生光伏效应，因此生产太阳能电池板变得更加容易。他们还指出，钡晶体比硅更耐用且无需特殊包装。

日本的钛太阳能电池板突破不仅标志着太阳能技术的重大进步，更可能引发跨越多个行业的范式转变。随着全球日益转向可持续能源解决方案，这些创新成果标志着一个先进材料与智能工程深度融合、重新定义可能性的新时代正在到来。

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来源：华远系统