从19世纪纽约的屋顶到它们的第一次太空之旅。从绑架和贿赂到用墨水瓶犯下的改变世界的错误 …… 太阳能电池板是人类最伟大的发明之一，它们的历史比你想象的要有趣得多。

  第一次安装光伏太阳能电池板是在1884年，当时查尔斯·弗里茨（Charles Fritts）在纽约市的一个屋顶上，在木架上组装了一个台球桌大小的太阳能电池板。弗里茨使用涂有一层金薄膜的硒，将阳光转化为电能的效率不到1%，他将其描述为“连续、恒定和相当大的力量”。

  弗里茨的项目并没有走得更远 —— 黄金和硒并不是那种廉价、丰富的材料，往往无法生产出具有商业竞争力的产品。

  20年后，加拿大“连环发明家”乔治·考夫（George Cove）进入了我们的视野。他是一位博学多才的人，在螺旋桨设计、潮汐能收集、交流发电机、电子钟和手表等领域申请了多项专利。在弗里茨的工作基础上，考夫开发了一种“太阳能发电机”，使用一种带隙与硅非常接近的半导体材料（硅是当今大众市场太阳能电池板使用的主要材料） 和一种用于储能和释放能量的电池。

  当时的报纸报道说，这台发电机的建造成本约为20美元（1909年相当于今天的660美元），可以为20世纪初的一个家庭提供大约10年的全部能源需求，从而消除了房主自己连接加快速度进行发展的电网的需要。他1909年在新斯科舍省哈利法克斯的演示引起了投资者的极大兴趣。到那时，考夫已经在纽约成立了一个工作室，筹集了500万美元。

  然而，他的故事发生了离奇的转折，考夫声称自己被绑架了，并向他提供了2.5万美元和一所房子，让他放弃工作 —— 牛津大学研究员苏甘达·斯里瓦斯塔夫博士表示，这在当时并不离谱，他指出：“在那一段时间里，托马斯·爱迪生（爱迪生电气公司的创始人）和J.D.洛克菲勒（标准石油公司的创始人）以使用各种有害的策略将竞争对象赶出市场而闻名。”

  考夫声称他拒绝了这一提议，随后被放归布朗克斯动物园。然而，批评人士指责他策划这一事件是骗局的一部分，或者是为了引起媒体对他的生意的关注。无论如何，考夫的业务很快陷入低谷，再也没有恢复过来 —— 1911年煤炭和石油的崛起很快就盖过了太阳能技术的风头，在40年的大部分时间里，太阳能的创新都被有效地阻碍了。

  “蓄意阻挠，”斯里瓦斯塔夫写道，“过去一直是可再次生产的能源发展和部署的主要障碍，今天仍然如此。”

  虽然在随后的几十年里，围绕太阳能本身发生的事情很少，但其他关键技术正在开发，这些技术后来支撑了太阳能的复苏。1918年，波兰化学家扬·柴可拉斯基（Jan Czochralski）无意中发现了一种用于半导体晶圆的单晶生长方法，现在被称为柴可拉斯基法。它仍然是今天90%的电子科技类产品的支柱。

  这一发现是在柴可拉斯基不小心将他的笔浸入熔化的锡坩埚而不是墨水瓶时（似乎是一个合理的错误），当他观察到笔上挂着一根凝固的锡线时，他顿悟了，后来证实这是一个单晶结构。

  如果你不介意我的双关语，太阳能一直在阴凉处萎靡不振，直到1954年，贝尔实验室的科学家杰拉尔德·皮尔森（Gerald Pearson）、卡尔文·富勒（Calvin Fuller）和达里尔·查平（Daryl Chapin）（贝尔电话公司）开发了第一个实用的硅太阳能电池，拥有6%的转换效率 —— 与上个世纪低于1%的效率电池相比大幅度提高。他们的突破利用了柴可拉斯基首创的晶体硅方法。

  有趣的是，贝尔实验室也在当时发明了微波激射器。在那个时代，贝尔实验室就像今天的谷歌X实验室，是改变世界的创新和发明的温床。

  太阳能电池的第一次主要应用是在1958年发射的先锋一号卫星，使其成为太空中第一个太阳能驱动的物体。比保龄球略小的先锋一号至今仍在绕地球运行，尽管它在连续运行了六年之后，于1964年传输了最后一个字节的数据。船上的太阳能电池至关重要，因为单靠电池无法维持那么长时间的运行。

  虽然从20世纪60年代到80年代，这种规模的技术突破并不多见，但太阳能电池板的采用却在缓慢蔓延，特别是在电力线路不切实际或成本过高的偏远地区。例如，广播和电视塔、气象站、卫星地面站、灌溉泵、海上石油平台、灯塔和浮标都开始依赖太阳能。在发展中国家，太阳能技术为偏远的村庄带来了电力，使照明和疫苗冷藏等基本服务成为可能。

  1989年，研制出了多结电池。这些电池堆叠了非常薄的不一样的材料层，以从太阳捕获更多的能量，使它们成为迄今为止最有效的电池板。到2006年，研究人员用多结电池实现了46%的效率，几乎是传统晶体硅电池的两倍。然而，这些电池仍然非常昂贵，大多数都用在专门的航空航天应用，如国际空间站，它的太阳能电池阵列可以产生惊人的12万千瓦。

  钙钛矿 —— 一种因其光伏潜力而成为最近头条新闻的材料 —— 已经进一步提升了效率。凭借其独特的晶体结构，钙钛矿使串联电池（结合硅和钙钛矿层）的效率达到30%以上。

  双面太阳能电池板在过去十年中也得到了普及。它们能够从两侧捕获阳光，大多数都用在公用事业规模的太阳能发电厂（设计用于向电网供电的大型太阳能发电厂），悬浮在反射表面上以最大限度地吸收阳光。就我个人而言，我在我的家和房车上都安装了双面面板，因为它们的效率很高。

  今天的太阳能电池板在其性能开始下降之前能够正常的使用25-30年，但即使如此，它们每年也只会在其规定的常规使用的寿命之外损失大约百分之一的发电能力。

  便携和灵活的太阳能技术正在把这种廉价、可靠的能源带到各种各样的新应用中。

  由于太阳能只能在一天的一部分时间内发电的固有限制，储存多余的能量对于使太阳能成为可靠的、全天候的能源至关重要 —— 特别是在市政电网规模上。

  随着一系列不同的电池技术的进步和成本的降低，太阳能发电在提供稳定可靠的能源方面慢慢的变可行，即使在晚上，使用太阳能充电的电池组也是如此。锂离子电池铺平了道路，而磷酸铁锂（LiFePO4）、铁空气等新技术，以及更奇特的机械储能形式，在单位体积内的包含的能量和成本效益方面不断提高。

  看着这些技术持续不断的发展，并在未来的清洁能源组合中寻找自我的位置，这是一件令人着迷的事情 —— 一些技术用于应对短时间、高速的电力需求高峰，另一些技术则专注于长期、缓慢释放的电网巩固，以确保电网在平均每天的太阳能发电量在冬季下降、在夏季上升时保持稳定。

  尽管在20世纪初，太阳能的发展并不稳定，但现在它慢慢的变成了一股强大的力量，并且是最热门的能源形式之一，因为全世界都在关注到2050年实现零碳排放的竞赛。目前，公用事业级太阳能发电是市场上第二便宜的电力形式，仅次于陆上风能。就能源平准化成本（LCoE）而言，它的价格约为燃煤发电价格的一半。

  从查尔斯·弗里茨（Charles Fritts）的第一个屋顶装置开始，它可以说是人类最重要的创新之一 —— 一种可靠、经济可行的清洁能源形式，能快速扩展，足以满足人类对电力日渐增长的需求。这是一个非凡的故事，我们将继续看到它的发展。