在德班，一群政治家正在為誰應(yīng)該對(duì)氣候變化負(fù)更多的責(zé)任而吵得不可開交。這讓人越來越感覺到，僅僅依靠這種自上而下的氣候政治，恐怕是不足以解決氣候變化這個(gè)迫切危機(jī)了�？紤]到減緩氣候變化和不斷上漲的能源價(jià)格的最好辦法，應(yīng)該是增加使用非化石燃料能源的比重。我們能使用的非化石燃料能源中，核能的安全性有很大的爭議，風(fēng)能和水能需要仔細(xì)選址和環(huán)評(píng)，能利用地?zé)崮艿牡貐^(qū)有限，似乎只有太陽能是比較合適的可持續(xù)能源了。

　　現(xiàn)在的太陽能技術(shù)并不是完全沒有問題。太陽能發(fā)電技術(shù)中，使用最多的是光伏（PV）發(fā)電。和光電效應(yīng)類似，光伏材料中的電子接收到光能后會(huì)被激發(fā)，并進(jìn)入不同的電子軌道，從而使材料的兩極間出現(xiàn)電壓。

　　這類材料的制造過程中也會(huì)產(chǎn)生一些重金屬污染，雖然太陽能發(fā)電的單位污染比火電廠要低得多。此外，太陽能發(fā)電遇到的最大問題，在于發(fā)電效率難以提高，因此具有一定規(guī)模的太陽能電站需要占據(jù)大量的空地。在土地資源日益稀缺的今天，這也是一大限制條件。

　　所以，太陽能發(fā)電要有更大的發(fā)展，就需要提高發(fā)電的效率；同時(shí)也要讓發(fā)電設(shè)備更容易裝配和利用。現(xiàn)在的光伏技術(shù)在這兩方面似乎都遇到了瓶頸。

　　首先，和光電效應(yīng)一樣，電子只有吸收一定波長的光線才會(huì)被激發(fā)，發(fā)生光伏效應(yīng)。波長較長的光線將直接穿透光伏材料，不產(chǎn)生任何作用，波長較短的光線則會(huì)給被激發(fā)的電子過多的能量，讓它們到處亂飛，不能有效形成電流。

　　而且太陽照在光伏材料上，不可避免地會(huì)讓它發(fā)熱，這也影響了光伏材料發(fā)電的效率，所以光伏材料的發(fā)電效率很難超過15%~20%，也就是說它產(chǎn)生的電能只相當(dāng)于照射在其上陽光能量的五分之一或更少。

　　光伏板本身也比較昂貴，而且需要專業(yè)人士設(shè)計(jì)安裝，如果你希望用光伏發(fā)電減少自己的電費(fèi)，恐怕得先省出一筆錢來作為投資。

　　在農(nóng)作物育種的時(shí)候，不乏這樣的例子：一個(gè)品種的表現(xiàn)并不盡如人意，但它卻可以幫助改進(jìn)另一個(gè)品種的缺點(diǎn)，產(chǎn)生雜交的優(yōu)秀品種。技術(shù)的進(jìn)步也是如此。

　　1821年，德國物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩個(gè)不同金屬材料的半圓焊接成一個(gè)圓環(huán)并被加熱后，能夠吸引磁針，他認(rèn)為這是一種“熱磁效應(yīng)”，但丹麥物理學(xué)家奧斯特指出，磁場的出現(xiàn)是由于不同金屬的溫度差異使圓環(huán)中出現(xiàn)了電流，并稱這種現(xiàn)象為熱電現(xiàn)象。

　　這一現(xiàn)象后來被命名為賽貝克效應(yīng)，能產(chǎn)生這種現(xiàn)象的材料被稱為熱電材料。1954年，一生致力于研究利用太陽能的美籍匈牙利科學(xué)家MariaTelkes利用太陽能和熱電材料實(shí)現(xiàn)了太陽能發(fā)電，但發(fā)電效率只有可憐的1%。后人也沒能在她的基礎(chǔ)上把太陽能熱電材料的效率提高多少，而光伏發(fā)電技術(shù)的效率卻很快達(dá)到了百分之十幾，所以熱電材料在太陽能發(fā)電中的應(yīng)用很快被遺忘了。

　　　　在光伏發(fā)電似乎再無潛力可挖的今天，一些科學(xué)家卻想到了熱電材料。之前提到過，陽光中波長較長的部分可以穿過光伏板而不能被其利用，那么為什么不在光伏板下面加一層熱電材料捕捉這部分陽光呢？

　　紐約哥倫比亞大學(xué)的兩位科學(xué)家尹惠明（音譯）和楊大江（音譯）進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，熱電材料確實(shí)可以捕捉到?jīng)]有被光伏板吸收的部分陽光，但是產(chǎn)生的電力非常微弱，從經(jīng)濟(jì)上說甚至不能補(bǔ)償增加熱電材料的成本。

　　這一方面是由于穿過光伏材料的部分陽光本來就是波長較長、能量較低的一部分，另一方面則是因?yàn)闊犭姴牧系臒峤^緣性不佳，材料一面被加熱后，另一面也會(huì)很快被加熱，使得被激發(fā)的電子到處亂竄而不能形成穩(wěn)定的電流。要解決這個(gè)問題，直接的辦法是用空調(diào)或者水冷給熱電材料的低溫端降溫——用戶不干了，本來裝這個(gè)是用來發(fā)電的，結(jié)果最后還要耗我的電費(fèi)給它吹空調(diào)！

　　為解決這個(gè)問題，麻省理工學(xué)院的陳剛（音譯）提出將陽光按波長分離并分別送到光伏板和熱電材料的方法。簡單地說，這就像用三棱鏡把白色的陽光分離成赤橙黃綠青藍(lán)紫七色，綠色到紫色的部分送到光伏板上，而紅色到黃色的部分用來加熱熱電材料。

　　但是不難想到，如果僅僅簡單地放一個(gè)三棱鏡在太陽能電池板上方，為了接收照射面積為1平方米的陽光就得使用好幾平方米的光伏板和熱電板。所以，要有效地使用這種方法，必須先把較大面積上的陽光集成一束，再把它按波長分開。集中陽光需要一套復(fù)雜的自動(dòng)化裝置，跟蹤太陽以獲得最佳的入射角度，這又會(huì)大大增加太陽能發(fā)電的成本，只有大規(guī)模的商業(yè)發(fā)電才能負(fù)擔(dān)得起。對(duì)于普通人家，陳剛提出的解決辦法是用放在真空玻璃容器中的銅片來收集熱能，銅片后面覆蓋熱電材料就能發(fā)電。使用普通的熱電材料，這種方法也能達(dá)到前所未有的5%的效率，雖然跟光伏發(fā)電比較還很低，但它成本低廉的優(yōu)勢足以抵消這個(gè)不足。

　　尹惠明和楊大江則轉(zhuǎn)而使用納米技術(shù)，改造材料的結(jié)構(gòu)。2002年《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇文章成了他們工作的基礎(chǔ)。通過控制半導(dǎo)體晶體的生長過程，科學(xué)家們可以制造只讓電子通過，而不讓光子通過的材料。這樣，熱量就不會(huì)被光子從熱電材料的熱端帶到冷端，兩邊就可以始終維持比較大的電壓差，從而提高熱電材料的效率。如果把這種熱電材料和光伏發(fā)電結(jié)合起來，再加上用它截獲的光能來加熱水，能源效率可以達(dá)到50%。

　　亞利桑那大學(xué)的查爾斯·斯塔福德則希望更徹底地解決太陽能發(fā)電的成本問題。他提出的方案是完全放棄使用光伏板，而改用經(jīng)過改造的多酚乙烯聚合物。通過選擇分子鏈上的功能團(tuán)，這樣的聚合物有望做到讓電子按一定的方向流動(dòng)。光子在這種材料中則如同陷入蜘蛛網(wǎng)，這樣也能實(shí)現(xiàn)20%~25%的太陽能利用率，高于現(xiàn)有的光伏發(fā)電系統(tǒng)。更重要的是，這種聚合物完全可以像普通的涂料一樣，刷到屋頂或墻上，然后在墻角接上電極，用戶就能用太陽能發(fā)電了。

　　這幾種利用太陽能的方式如果能投入使用，將使普通人家廣泛使用太陽能成為可能，甚至幫助每一個(gè)家庭節(jié)省可觀的采暖和用電賬單。現(xiàn)有的能源格局也會(huì)發(fā)生很大的改變。