去年，临近“北京人”祖先居住地周口店的房山区河口村，成为2008年度10个“北京最美的乡村”之一。为美丽添彩的，除了充分绿化之外，还有靠太阳能发电的各式各样的路灯。
其实，在房山，凭借“亮起来”工程，众多乡镇与村落以及主要公路沿线都装上了太阳能路灯与景观灯，不时被影视人看中的“十渡”名胜景区27.2公里的道路更是如此。
太阳能路灯采用了发光二极管(LED)，特别是将光能转化为电能的光伏组件、太阳能电池、控制太阳能电池充电量及放电量的控制器。太阳光照射在一些特殊材料上，会引起材料中电子的移动，形成电势差，构成了太阳能光伏发电的原理。光伏组件在白天吸收光照，把太阳能转化为电能储存到太阳能电池内，到晚上天黑时便放电照明。晴天时，这些路灯在理想的光照强度下，一天蓄电2个小时，就足以使用整整一个晚上；充满电也只需4小时，能保证5天以上。路灯的开关为光控或电控，每盏灯每年节约数千元的电费。按照房山区能源办公室的说法，使用太阳能路灯照明，一盏灯可用18年，节约用电6万千瓦时，节约电费4万元人民币以上。
中国太阳能资源丰富，如北京，其年日照时数在2750小时左右，每年接受太阳能辐射量约合26亿吨标准煤，若按10％的利用率计算，每年可节能2.6亿吨标准煤。近几年来，全市不断加大对于太阳能这一不会产生温室气体等污染的绿色清洁能源的开发和推广力度。在去年奥运会和残奥会期间，太阳能装置更大密度地向高高在上的太阳发出“邀请信”，为比赛场馆“增光添热”。仅奥运村的太阳能热水系统一项，就减少排放二氧化碳5577吨。
开发“薄膜”太阳能电池
不过，倘若连日阴雨，一些太阳能装置就不太“灵光”了。其中不少采用的是传统的晶体硅电池。“晶体硅像一个个玻璃块，是有序排列的，只有太阳光近似直射时，才能发电，如果太阳光入射角过小，就无法发电了。”中国能源网信息总监韩晓平说 。
传统晶体硅电池加工工艺十分复杂，需用先进设备对硅进行提纯，只有提纯到99.9999%的晶体硅才能被用来制作太阳能电池。 高精度、高耗能使传统太阳能电池成本居高不下。” 近年来，原料硅的价格又不时大涨。中国科学院半导体研究所曾湘波研究员表示，“太阳能电池也诞生了很多年了，可 一直因为成本过高，光电转化率低，形状受限制而没有大范围推广。”
如今，一种叫“薄膜”的太阳能电池正方兴未艾，已解决了不少“传统”老大难题。比如，它对弱光的转化率十分好，即使是阴天，照样能够发电。“这种电池的生产工艺十分简单，既无需复杂的设备，也不用把晶体硅提纯到99.9999%。”长期从事太阳能电池研究的长城证券分析师周涛介绍了其生产过程：如果是柔性基底的，就选用薄钢片或铝箔；如果是硬性基底的，则选用一块镀了二氧化矽的导电玻璃，然后在上面先镀上硅，再镀上铝和锌，最后用塑料封装，一块薄膜太阳能电池就做成了。
“这种新型太阳电池比较容易降成本，因为它的硅需量大约只是晶硅太阳能电池的1%左右。”中国最大的太阳能光伏企业无锡尚德太阳能电力控股有限公司的董事长兼首席执行官施正荣曾表示，硅片占太阳能电池总成本的70%左右，如果薄膜太阳能电池的转换率和晶硅太阳能电池相当，那么硅片使用量必然会进一步减少，从而大幅度节省成本。《北京科技报》记者魏刚算了一笔账：一间普通房屋如果用上薄膜太阳能电池，完全能够满足家庭照明的需要，多余的电还可以卖给电网公司，“真到那一天，每栋房屋都是一个分布式电站，我们每个人坐在家里就可以‘卖电’收钱了。”
薄膜太阳能电池的“身体”也颇具吸引力--很柔软，可卷曲或折叠，不仅能用来作路灯、庭院灯、交通指示灯之类，还可以嵌在车身、遮阳伞、衣服上……对此，有媒体评论认为，或许在不久的将来，人们路上行走时只需把充电线插在服装固定接口处，手机、MP3、笔记本电脑便不必担心关键时刻“掉链子”了。甚至，只要把“笔记本”面对任何光源，就可以放心地“无限制使用”。而高楼大厦有可能不再需要庞大的变电站。“高楼玻璃幕墙一旦与硅薄膜产品结合，可以变成太阳能发电幕墙，感觉像玻璃幕墙一样，还可以控制透明度，而成本只比普通玻璃幕墙贵20%。”施正荣说。周涛则大胆设想--假若把薄膜太阳能电池铺在高速公路上，然后每隔100公里建设一个太阳能电池更换站，在此把转化后的电能输入蓄电池中，这样人们在路上开车就不再需要加汽油了，只需每隔一段更换蓄电池，就可以畅行无阻了。
“中国西部有很多荒漠地区，如果在这些地方铺上薄膜太阳能电池，将使太阳能发电成本降低到0.5元/度，完全可以和火电与水电竞争。”韩晓平认为，薄膜太阳能电池技术的突破也会使建设太空电厂成为可能。“由于太空中紫外线强度远远大于地面，只要把薄膜太阳能电池铺在宇宙太阳帆上，然后用运载火箭发射到太空，就能获得更多的电能。”
可是，目前薄膜太阳能电池的光电转化率还不够理想，限制着更广泛的应用。而由于加工精度也导致成本还不算低。但科学家们相信，这些问题都会迎刃而解的。
“活学活用”光合作用原理
事实上，提高太阳能电池的光转化电能效率、将免费送达地球的太阳能量加以充分利用，始终是发展和推广太阳能的关键所在。而科学家们只能做到“尽可能”，因为，太阳每秒钟到达地面的能量达80万千瓦，如果能够把太阳光照射地球表面1个小时产生的所有能量聚积起来，就足以满足人类整整1年的能源需求。
科学家从植物身上得到启发，对其光合作用极高的光能吸收、传输和转化效率大感兴趣，并开始“模拟”。
捕光是光合作用中最原初的过程。例如，生活在罕见阳光的深海环境中的海藻，就依靠一种聚光色素复合体的杆状结构来捕光，其中含有的数千个聚光色素分子可以帮助它们吸收极微弱的阳光。实际上，所有植物都有这样一种被科学家称之为“天线”的由层层聚光色素分子构成的物质。以此为基础，科研人员小组计划研制开发出带人造“捕光天线”的新型电池，希望藉此能够提高太阳能电池的效率。
在科学家看来，植物的光合作用是地球上最为有效的固定太阳光能的过程，“如果人类可以像植物一样利用光合作用原理，直接把太阳能转换成人们所需的能源，显然将有效解决能源问题。”而其实，当今人类所消耗的石油、煤、天然气等，都是远古时期植物光合作用的直接和间接产物。
“光合作用每年提供2200亿吨的生物能量，是全人类所需能量的10倍。而把光能变成化学能（和将无机物变成有机物），这个过程在生物体内能量转化效率几乎是100%，能量传递效能基本是90%到98%……”长期从事植物光合作用研究的著名植物生理学家和生物化学家、中国科学院院士匡廷云指出，在光合作用的第一阶段，叶绿体中捕光色素蛋白复合体内光能的吸收传递效率能到90%-98%，之后当光子被传递到反应中心后，反应中心进行能量转化的量子效率几乎能达到100%，“而且整个吸能转能过程在7到15秒内完成。”
光合作用高效的捕光、吸能、转能活动的物质基础是在叶绿体内光合膜上具有一定分子排列和空间构象的色素蛋白复合体和有关电子载体。世界权威科学杂志《自然》曾以“封面文章”形式，发表了由中国科学院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光复合物（LHC－II）晶体结构”的研究成果。它意味着，绿叶中主要捕捉光能的复合物的晶体结构首次被测定出来，复合物高效进行光能吸收和传递的秘密得以破解，为人类复制叶绿体光合膜结构、模拟光合作用打下了重要的理论基础。
这是生物化学、结晶学及结构生物学多学科交叉、科研人员精诚合作的结果。匡廷云主持了其中一个研究小组，为晶体和空间结构的解析打下了物质基础。专家们发现，捕光复合物是一个具有典型正二十面体对称特征的空心球体，这种结构同时揭示了色素分子在复合物中的排布规律，解释了LHC－II能够高效进行光能吸收和传递的原因。而经过6年努力、主持完成LHC-Ⅱ三维结构测定工作的中国科学院生物物理研究所常文瑞研究员表示，光合作用由“捕光系统”和“光反应中心”两个“接力手”共同完成，前者负责把“接力棒”传给后者。
“了解捕光色素蛋白的结构后，人们可以进一步了解其能量传输网络，并将其制成生物芯片来吸收光能。”匡院士说，“将植物光合膜色素蛋白体制成生物芯片或敏化剂，可能为我们提供光能利用效率非常高的叶绿素光伏电池。”
目前，中国科学院的植物所、化学所、技术物理所以及国家纳米中心等单位正着手研制新型的生物光伏电池，决心挑战太阳能电池光量子转换的有关理论上限。
不久前，华东师范大学的科研人员模拟叶绿体结构的吸能转能机理，制成出一种高效的太阳能电池。它采用了二氧化钛和“三明治”结构，色素蛋白复合体一层一层地贴在连有导线的金箔上面，并附上一层导电的金属，另一端则连着导电的有机材料，通过在染料中加一些由纳米荧光材料制成的量子点，使“捕光手”能够“蚕食”多个波长的阳光，从而提高电池的吸能效率。
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