俄罗斯独创全天候光电技术装置——星电池

■ 吴州

俄罗斯发明的世界独一无二的星电池 (如图1)轰动科学界。它是独创的全天候光电技术装置，在光电转换效率、经济成本和性价比方面是目前世界上利用太阳能进行光伏发电和光热发电的技术装置远远不能比拟的。

该装置不依赖于天气条件(如云量水平)，在白天和黑夜情况下全天候地将可见光(如太阳光)和不可见红外幅射光(如星光)转换为电能。该装置在白天可见光条件下，光电转换效率为54%；在红外光谱条件下，为31%；光子流比现行太阳电池高4倍；发出1W电能的装置重量比现行太阳电池小1000倍。星电池的成本比所有现行太阳电池装置的成本低许多。

星电池是相对太阳电池的称谓。其意义在于强调它不仅能利用白天太阳的光能，甚至连夜间星星微弱的光和其他不可见光的光能都可以转换为电能。

现行太阳能发电有光伏发电和光热发电二种。太阳能光伏发电的转换效率较低，我国试验室光伏电池的效率为21%；可商业化光伏组件的效率为14%～15%；一般商业电池的效率为10%～13%。美国可再生能源研究所发明的太阳电池的最高效率也仅为34%。我国太阳能热发电起步不久，由于该技术需要充分光源，对光照时间和强度方面有很高要求，因此其使用范围受到很大限制。

星电池不仅高效率地利用太阳光能，而且能够有效地利用红外光谱范围里不可见光的能量。这是地球浩瀚空间和神秘大自然赐给人类无穷无尽的能源宝库中的光能被突破性地新开发和新利用。光能的这一全新的充分利用将为人类提供更多绿色、无污染和可再生的新能源，并将改变太阳能的能源产业结构和发展方向，以及当代的能源格局。

一 星电池基本工作原理

俄罗斯学者近期发明的新物质——异质电功材料是制造星电池的基础和关键材料。异质电功材料的制造是在基质材料上(如硅的表面)喷涂另一种材料，如金和银的纳米级微粒。喷涂的厚度小于外部幅射光的波长，使其可将光能转换为电能。被异质化了的异质电功材料在太阳光电磁波长的宽广频谱范围里，将由具有不同波长的电磁波组成的太阳光谐整为一个频率，从而提高电池增益作用数倍。

星电池由二个基本部件组成：异质电功材料的光电池(片)和异质电功材料的电容器。前者采集的光子流强度比太阳电池高4倍，并将可见光和不可见红外光的光能转换为电能。异质电功材料的光电池(片)的大小可根椐使用功率选用 (如图2)。后者为充电和积贮电能的装置，由于星电池的容量(安培小时)比同样大小的普通AA电池大10000倍，因此其电能贮存十分简便。由此二者组合的星电池具有远优于太阳电池的转换效率，并能在可见光和红外幅射条件下有效工作。

俄罗斯学者研究表明，电容数值为0.11F的异质电功材料的体积为180 cm3，重量几克。而整个巨大地球的电容量仅约为2F。从1m2星电池(片)上获取不可见光转换的电能为600W；而从太阳光则可获取1300W。在全俄领土上可产生的太阳能功率为10万GW，而全俄平均用电总量为100GW，其电源来自水力、火力和核电站。如果掌握和使用星电池，那便可直接从太阳获取这些电能。

星电池的问世将促使新型的光电站很快出现，所有便携式电池装置不充电连续工作的时间可提高10倍，电动汽车和其他领域在使用星电池后将会发生革命性的变化。星电池具有社会、经济和军事上的重大战略价值，以及蕴含市场发展的强劲实力和潜在商业开发的巨大价值。

综上述，星电池具有如下优点：可见光转换效率为54%，大大超过现行世界指标；不可见红外光转换效率为31%，超过现代太阳电池的指标；异质电功材料的光电池(片)的光子流超过现代太阳电池4倍；异质电功材料的光电池(片)具有半导体物质的质量，在发电量1W情况下其质量比现代太阳电池的光电池(片)小1000倍；星电池的异质电功材料的光电池(片)的成本低于现代太阳电池的光电池(片)；星电池的容量(安培小时)比同样大小的普通AA电池大10000倍。(数据出处可查俄电视一台2006年5月25日晚和次日早上的新闻节目)

二 星电池的推广和应用

2006年5月25日在俄罗斯某研究所成立50周年纪念会上，该所实用研究科学中心首次向世界展示了星电池装置，模拟了它的使用情况，比较了它的技术指标，介绍了其使用特点和工艺技术，并在会上回答和讨论了与会人员提出的有关问题 (图3)。与会人员中有俄联邦部长和工商局的代表、俄工厂和企业代表、一些国家，如阿拉伯联合奠长国的驻俄大使，以及美、日企业的代表。遗憾的是中国没有人员参加。会上演示的新型光能技术装置使与会者大吃一惊，并表示出巨大的兴趣和迫切的要求。日本代表幽默地哀声喊道：“给日本人(这个项目)吧，他们会很快地做出一切！ ”演示会上该研究所表示希望寻求星电池商业研制的合作伙伴，并邀请感兴趣者在新型异质电功材料的基础上建立和制造星电池等装置的实验和系列化的样品，以及实用设备和仪器等方面进行合作。俄联邦工商局代表也在会上宣称，“我们将提供继续洽谈的平台，这是一项俄罗斯政府认为必要的投资项目，我们建议进行系列会谈以推动项目进展。” 在会上该研究所的科学家们承诺两年后将推出系列产品。俄罗斯电视一台对此作了报导。

星电池为俄罗斯该研究所属下的实用研究科学中心发明，研究中心经理瓦列吉恩·萨莫依洛夫(B·Camoilov)被称作“星电池之父”。他在2006年5月29日的访谈中表示，“我们在1999年就取得有关异质电功材料的最初成就，2002年我们取得了实用性结果，而现在获得了在异质电功材料基础上的一系列发明专利，其中包括星电池。推广应用这些研究成果需要大量的财政资源。”

在此两年后，笔者注意到2008年10月俄罗斯《科学技术》杂志的文章称，“俄罗斯无人飞艇 (图5)使用了鲁恩巴(该研究所所在城市)的研究成果”，在附图说明中则写道，“在俄罗斯无人飞艇的整流平台上部展开着能够昼夜提供电能的星电池。飞艇尾部为发动机的螺旋浆”。显然，位于鲁恩巴市的该研究所发明的星电池己经成功地进入实际应用。图中宠大的飞艇所安装使用的星电池面积十分有限，这也表明星电池组成的光电站具有极高的工作效率。

笔者在俄罗斯生活多年，深知俄罗斯的资源丰富，直至目前包括圣彼得堡在内的许多地区的大量住宅、校舍和单位仍然没有安装冷、热水表和天然气(煤气)表，居民按人头交纳有限费用后随意使用。因此，星电池首先应用于重要领域而不是日常生活，并且对此进行保密就并不奇怪了。

异质电功材料己经获得俄联邦专利。它不仅是星电池的主要材料，也至少是应用在24个科技领域里30多种装置和设备的主要材料，如散装激光器、纳米显微镜、量子计算机、纳米放大器、集成电路里的不均衡组件等等。该研究所根椐异质电功材料具有创纪录的光拆射指针的特性(其值超过现代指针10倍)制造出特种光学玻璃，同时使用异质电功材料制造出的下列世界独一无二的装置也获得相应专利：电力幅射的纳米放大器；电容器和集成电路里的不均衡组件；光子阴极；异质基因的光电池；光学玻璃等。

针对许多国家的科学中心表示准备支付任何费用购买这些研究发明的核心技术，该研究所的回答是，“这些发明不是用来讨价还价的。”虽是如此，俄方仍然多次表示愿与感兴趣者在星电池和异质电功材料及在其基础上发明的新产品方面进行合作。 目前，星电池的实际应用开发己经获得重大进展。笔者一直关注此事，现正策划与俄方进行在中国市场合作开发应用的洽谈。

三 结语

除星电池外，俄罗斯早就在“二十一世纪是零点能世纪”的零点能存在、理论和实验证明的科学研究方面，以及零点能提取技术使其应用成为现实方面做了大量工作。1994年和2004年俄罗斯分别推出能量转换效率116%～120% 的涡旋热发生器和不使用任何燃料的功率为37kW的空气发电机。这些似乎违反传统能量守恒定律和永动机的装置其实是从空气、地球磁场、水等可再生资源里提取和使用了非传统物理概念的能量——零点能。宇宙中所有物质都来源于零点电磁涨落能，我们可以从空间任何一点提取零点能，并转换为所需要的能量形式。

遗憾的是，国内对星电池和零点能等世界先进能源的科学研究及实用技术和产品的了解探索、引进开发的力度远远不够，甚至知之甚少，更多的是囿于现有的“新能源”和“可再生能源”。因此，创新开发各种先进的可再生新能源，应当是我国能源战略转移和国家发展规划的重要任务，也是我国可持续发展的迫切需要。希望国内有识之士加入星电池和零点能开发工作，共同在能源领域里为国家、为民族做出贡献！