实现可持续能源取决于我们高效、经济地利用可再生能源的能力。其中，太阳能长期以来一直很有希望，但因其间歇性以及需要能源存储和对其电力输出进行处理的辅助设备，其发展受到一些限制。然而，西班牙科尔多瓦大学和德国马克斯·普朗克固态研究所的一组研究人员最近的突破有望绕过这些障碍。

这项开创性的研究的成果是一种新型太阳能电池，该电池不仅能够将光能转换为电能，也可以作为电池发挥能量存储作用，能够在短时间内存储光生成的电子。这种太阳能电池的核心材料是二维氮化碳的变体，被称为聚(庚嗪酰亚胺)(poly(heptazine imide))或PHI。PHI具有独特特性，即使在辐照停止后也能存储电子，这是改变游戏规则的功能，使这种太阳能电池具有双重功能。

为了制造电池，研究人员首先必须沉积一层薄薄的二维氮化碳、聚（庚嗪酰亚胺）、简称K-PHI，为太阳能电池创造一个稳定的结构。通常这种材料是作为粉末或水溶液的存在的，所以这是一个相当大的挑战。为此，该团队添加了一个材料三明治结构来形成光伏电池。这种三明治由“一种高透明玻璃 作为透明导电涂层（允许电荷运输），和具有不同功能的一系列半透明材料层，以及另一种用于闭合电路的导电玻璃”组成。这种三明治结构可以通过光生成电子，而这些电子会被这种结构捕捉。然后，这些光生电子（photoelectrons）能够持续存在一段时间。

而且这种太阳能电池，针对应用优化厚度的多层设置可以使材料从两侧吸收光线（因为它是半透明的）。根据实验期间的观察，它确实可以从两侧吸收光线。这意味着该设备具有极大的多功能性，因为它可以快速提供大电流（如摄影闪光灯应用场景）和长时间的持续小电流（如手机应用场景）。

谈到全球能源问题，除了可用性和效率之外，最关键的因素是环境可持续性。基于PHI的太阳能电池在这些方面都有完美答案。该太阳能电池的关键材料PHI来自尿素，尿素是一种丰富、环境可持续且易于合成的物质。因此，其制造过程有望对生态友好，这与生产传统太阳能电池和储能电池需要的可能有毒的材料和大量资源，形成鲜明对比。

除了环保制造外，这种创新的太阳能电池还有助于减少对额外储能电池的需求，这些储能电池目前在太阳能发电系统中发挥着举足轻重的作用。太阳能的间歇性一直是它的致命弱点，电力输出根据阳光的可用性而波动。为了应对这种情况，在阳光高峰期产生的能量储存在电池中，以确保稳定的电源供应。

基于PHI的太阳能电池具有固有的储能能力，有可能消除对这些辅助设备的需求。通过捕获和保持光生成的电子，这些太阳能电池可以提供稳定的电力供应，即使没有阳光，例如在多云天气或夜间也可以工作。这种双重功能可以大幅降低太阳能发电系统的复杂性和成本，使太阳能更容易获得，并且具有良好的性价比。

这一突破的含义是巨大的。它可以为新一代太阳能系统铺平道路，其特点是简化的电力输出和提高效率。这些自储太阳能电池可用于各种应用，从为住宅供电到大型工业运营，为更清洁、更可持续的能源未来做出重大贡献。

当然，这一突破性的发现仍处于新生阶段，需要更多的研究来评估其在现实条件下的性能并完善其制造工艺。尽管如此，初步结果非常有希望，在寻求高效、环保的太阳能方面实现了巨大的飞跃。

相关论文：https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/9783110746976-009/html