图为新南威尔士大学（UNSW）澳大利亚先进光伏中心的Xiaojing Hao博士手捧新型CZTS太阳能电池
“零能耗”建筑旨在使建筑物本身产生的能量足以供给其日常消耗的能量。目前，来自澳洲新南威尔士大学的研究团队制造出了无毒低价的柔性太阳能电池，并打破了这类电池效率的世界纪录，进一步推动“零能耗”建筑的概念走向实际应用。
一直以来，实现“零能耗”建筑的愿望始终有两道无法逾越的槛：薄膜太阳能电池的成本太高，用于制造薄膜太阳能电池的材料储量稀少且毒性很大。
但这一情况即将发生改变：由新南威尔士大学（UNSW）光伏与可再生能源工程学院澳洲先进光伏中心的Xiaojing Hao博士带领她的研究团队制造出了普通尺寸的铜锌锡硫（CZTS）薄膜太阳能电池，并打破了这类电池效率的世界纪录。美国国家可再生能源实验室（NREL）已经证实，就1平方厘米的此类电池来讲，该UNSW团队实现了全球最高的光电转化效率7.6%。
不同于其他薄膜太阳能电池，CZTS的原材料由铜、锌、锡、硫等在地壳中储量丰富的元素构成。其竞争对手碲化镉（CdTe）和铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池存在毒性问题。微量的镉和硒就会致毒，而碲和铟则是非常稀有的元素。相比之下，CZTS太阳能电池不受这些问题困扰。
Hao在去年获得了“新南威尔士大学二十新星”的荣誉，她这样评价自己团队的这一项成果：“这一突破将是CZTS冲击20%光电转化效率目标的第一步，也是CZTS从实验室制备到商品化道路上的一块里程碑。与CdTe和CIGS相比，这类太阳能电池在效率和电池尺寸上仍有很大的提升空间，我们正在这方面稳步推进。”
Martin Green教授是Hao博士的导师，他早在四十年前就是全球光伏领域研究的先驱之一，他这样说道：“除了原材料更常见、更环境友好之外，带隙更宽的CZTS太阳能电池还有两处亮点吸引了我们注意。一是，CZTS能够直接沉积到材料表面形成薄膜，其薄膜厚度只有人类发丝直径的五十分之一，而不再需要制造传统太阳能电池的硅面板；二是，与硅相比，CZTS太阳能电池在蓝光波段的响应效果更好，因此可以直接将CZTS薄膜堆叠到硅电池的上层，以求提升太阳能电池的总体性能。”
Hao团队认为，既然能够将CZTS太阳能电池沉积到各式各样的表面上，那么他们也很有希望制备出刚性或柔性足够好、寿命足够长、成本足够低廉的薄膜太阳能电池，以整合到建筑物上诸如幕墙、屋顶、窗户等的受光结构中去，从而利用太阳能为建筑物供电。
其实，相比于其他薄膜太阳能电池，CZTS成本更加低廉，而且结合已有商品化制造工艺后，CZTS也更容易实现商品化，所以这类太阳能电池走向应用的时间可能要比想象中来的更早。Hao表示，他们已经与数家大公司开展了合作，要想CZTS效率达到20%可能仍需数年时间，而在此之前，这些大公司们就表现出了开发其产业应用的巨大热情。
Hao说：“我坚信，我们能够克服在提升CZTS效率的过程中所遇到的技术障碍，因为在过去三十年不断提升CdTe、CIGS、以及硅太阳能电池效率的过程中，我们学习到了很多的技巧，但这些技巧都尚未应用到CZTS上。”
目前，诸如CdTe一类的薄膜光伏电池主要应用于大型太阳能发电站，受制于Cd的毒性问题，CdTe太阳能电池不适用于住宅系统，而相比之下，CIGS电池则更常出现在日本的屋顶上。First Solar是市值达50亿美元的大规模光伏系统领域巨头，该公司完全依赖于CdTe；而作为世界上最大的薄膜太阳能公司，中国汉能更倾向于CIGS技术。诸如CdTe和CIGS一类的薄膜技术之所以有吸引力，是因为这类太阳能电池具有物理学柔性，这种柔性扩大了其应用领域，例如各类弯曲面，屋面膜，以及窗户与天窗等透明或半透明结构。
然而，历史中石棉的阴影还未挥去，这类太阳能电池所具有的毒性难免让建筑业提高警惕。稀少的元素储量也使这类太阳能电池的吸引力大打折扣，倘若需求有所增长，就很有可能导致价格剧烈波动。尽管如此，光伏建筑一体化（BIPV，Building-Integrated Photovoltaics）的全球市场价值已经达到16亿美元。
Hao认为，CZTS因其成本低廉，环境友好与元素储量丰富等优点，有望成为一个甜头，并最终吸引设计师与建筑师将薄膜太阳能面板更广泛地应用到建筑中去。
目前为止，大多数设计师已经采用了晶体硅制成的传统太阳能面板。尽管晶体硅太阳能电池要比CZTS太阳能电池要更便宜，但这类面板通常不具备柔性，在面对建筑设计中的曲面结构或其他奇形怪状的几何结构时，其整合往往不那么容易。
翻译：王舟
审校：赵昌昊
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/04/160428103023.htm
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