中国化学会：2017年第7届化学科学与社会高峰论坛CS3白皮书太阳能和光子学为了可持续发展的未来（32页）.pdf

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1、太阳能和光子学为了可持续发展的未来第 7 届化学科学与社会高峰论坛(CS3)白皮书中国大连 2017 年 9 月中国化学会北京市中关村北一街 2 号联系人：韩立冬2018 年 3 月变化中的世界面临的挑战与解决方案2变化中的世界面临的挑战与解决方案304CS3 简介05综合报告11第一章：光伏16第二章：光子材料20第三章：人工光合作用与二氧化碳还原25第四章：方法与标准28参考文献30CS3 论坛与会代表名录本白皮书太阳能和光子学为了可持续发展的未来，总结了 2017 年 9 月 5-8 日在中国大连举行的第 7 次 CS3 取得的成果。来自 5 个成员国的 30多位科学家齐聚一堂，讨论了

2、4 个太阳能方面的主要议题：光伏，光子材料，人工光合作用与二氧化碳还原，方法与标准。目的是评估太阳能技术的现状，确定这些领域最紧迫的研究挑战，以及为推进这个领域的发展提供建议。CS3 是 由 中 国 化 学 会(CCS)、德 国 化 学 会化学科学与社会高峰论坛(CS3)简介CS3 汇聚顶尖的科学研究者，探讨化学科学如何帮助我们解决世界所面临的一些严峻挑战。以前的高峰论坛讨论过水资源、人类健康、可持续发展等主题。(GDCh)、日本化学会(CSJ)、英国皇家化学会(RSC)、美国化学会(ACS)合作倡议的。专题研讨会得到了中国国家自然科学基金委员会(NSFC)、德国研究基金会(DFG)、日本科学

3、与技术厅(JST)、英国工程与物理科学研究理事会(EPSRC)、美国国家科学基金会(NSF)的支持。CS3 高峰论坛每 2 年 1 次，在各成员国轮流举办。本白皮书是在中国化学会和 CS3 成员国协商下写就的。变化中的世界面临的挑战与解决方案4引言气候变化是人类至今面临的最大挑战之一。全世界的能源消耗持续增长，我们的大部分能源，尤其是煤、石油和天然气，释放温室气体二氧化碳。为了应对全球变暖，我们需要大幅向可再生能源转移，以削减二氧化碳的排放。太阳能可以对此做出巨大的贡献。光伏组件已经供应了全球近 2%的电力，同时提供了超过 300 千兆瓦(GW)的发电容量。但是，一些预测表明，要使我们的能源系

4、统脱离对碳的依赖，光伏产能必须在未来的几十年里迅速增长，也许到 2050 年需提供我们电力的 40%。为了达到这一目标，我们迫切需要新技术来更有效地收集和储存太阳能。虽然光伏发电可以被储存在电池中，不过一个更有前景的办法涉及到用化学键把太阳能封存起来，就像自然界在光合作用过程中所做的那样。例如，“人工光合作用”体系可以收集太阳光来驱动产生可用作运输燃料的氢。氢是一种有价值的试剂，可以通过与二氧化碳反应来合成液体燃料和塑料等化学品，最终有助于降低大气中二氧化碳的浓度。化学科学在开发这些技术方面发挥着至关重要的作用。在廉价且储量丰富的元素基础上，科学家正在研发能捕获阳光或者能使光化学反应加速的材料

5、。他们还使用各种各样的技术来测量这些过程，了解它们是如何工作的并对其加以控制，以便使这些过程更加可靠和高效。光伏全世界 90%以上的光伏组件是依靠半导体材料硅来收集阳光的。近年来，由于较低的材料成本和工厂的规模化生产，光伏组件的价格大幅下降。为了刺激光伏产能的部署，研究人员需要开发出发电更高效的、制造成本更低的太阳能电池。降低整个系统的成本同样重要，由于太阳能电力成本中非组件成本占主导地位，而这可以由更高的电池效率和改变组件的产品形式来帮助实现。人们可以通过不同的途径来降低硅电池的成本。昂贵的组分可以用更便宜的替代物来替换，例如，用地球上资源丰富的金属如铜或镍替换银电极。研究人员正在研究制备更

6、薄硅膜的新方法，这种方法不会影响材料的电子性能。为了提高效率，硅电池可以与吸收不同光的其他光伏电池相组合，形成串联或三结（多结）电池。钙钛矿型和宽带隙黄铜矿型电池是较有前景的串联伙伴。在过去几年中，尽管人们对它的长期稳定性以及含铅成分还存有疑虑，钙钛矿电池的效率还是得到了快速提高，而且它也比较容易制造。为了进一步提升电池性能，研究人员需要更好地了解电池内部的基本过程，例如，光是如何分离电荷的，这些电荷如何通过钙钛综合报告太阳能在为世界提供可持续能源的同时，可以大幅减少碳排放，从而帮助我们应对气候变化。从根本上提高太阳能发电能力，需要一个周全的发展计划来开发新的光捕获材料、催化剂，以及控制太阳能