最常見的光伏技術是基于單晶硅太陽能電池。由于光譜損失，單晶太陽能光伏電池的最大效率估計為32%，而目前模塊的典型效率高達20%以上。相比之下，太陽能熱水系統（SWH）的效率（太陽能加熱）通常為20-80%。

最近，一個來自瑞典和中國的研究團隊開發了一種能源系統 ，據稱能夠將太陽能作為化學能儲存長達 18 年，并使太陽能熱水系統和太陽能存儲組合的效率高達 80%。

更關鍵的是，這種儲能系統，還可以通過一種超薄芯片作為發電機，集成到耳機、智能手表和電話等電子產品中。

這個科學家團隊來自瑞典查爾姆斯理工大學，他們一直致力于將太陽能直接存儲在有機化學物質的化學鍵中的研究，并開發出了MOlecular Solar Thermal (MOST) 系統，早在 2013 年就進行了概念演示，該系統將太陽能作為潛在化學能存儲在化學鍵中的光致異構化中，實現了以液體介質儲存太陽能，該介質不僅可以根據需要從太陽中釋放能量，而且還可以運輸。

最近，瑞典查爾姆斯理工大學的科學家又與上海交通大學研究人員合作，使這個太陽能儲能系統更進一步，將其與緊湊型熱電發電機結合起來，將太陽能轉化為電能。實驗證明它可以按需發電。

MOlecular Solar Thermal (MOST) 系統將太陽能作為潛在化學能存儲在化學鍵中的光致異構化中，其核心是專門設計的碳、氫和氮分子。當它與陽光接觸時，分子內的原子會重新排列以改變其形狀，并將其轉化為富含能量的異構體，可以以液體形式儲存。

在 MOST 系統中，母體分子暴露于太陽光子并由此轉化為高能光異構體，這是動力學穩定的；同時它可以通過熱活化或使用催化劑異構化回母體分子并釋放熱量。例如基于降冰片二烯-四環烷的MOST系統，科學家們將一種叫做降冰片二烯的碳氫化合物暴露在光下，這會改變其化學鍵，將其變成四環烷，此過程中太陽能作為潛在化學能存儲在化學鍵中。改變四環烷的溫度或將其暴露于催化劑會產生逆轉效果，并且以熱量的形式釋放能量。該系統顯示出高達 966 kJ kg -1的能量存儲密度和超過幾個月的存儲時間。

經過研究，高效 MOST 系統的要求可概括為：

（1）母體化合物必須吸收大部分太陽光譜；（2）光異構體不得競爭吸收陽光；（3）光反應的量子產率應為 100%；（4）存儲的能量密度應超過 300 kJ kg -1；（5）光異構體必須在較長時間內保持穩定，并且（6）所有反應必須定量進行，例如允許多個太陽能儲存-釋放循環。

在MOST系統（分子太陽能熱系統）的基礎上，查爾姆斯理工大學的研究人員提出了一種分子太陽能儲熱系統（MOST）和太陽能熱水系統（SWH）組成的混合太陽能系統，使其有可能利用MOST系統無法利用的亞帶隙光子。該混合太陽能系統可以有效地利用太陽能熱水系統（SWH）的低能量光子，并在分子太陽能儲熱系統（MOST）中以化學能的形式儲存高能量光子。通過使用降冰片二烯-四環烷（NBD-QC）系統儲存部分太陽能，可以為現有的低溫或中溫太陽能熱水系統（SWH）增加長期儲能和按需輸送能量的功能。

為了證明在SWH中加入基于MOST的能量存儲的效果，研究人員設計了一個微流控混合裝置。該混合裝置包含兩層，SWH在底層（深灰色），MOST在頂層（淺灰色）。上層MOST部分由熔融石英微流控芯片構成；它允許來自太陽光譜的高能量光子將降冰片二烯（NBD）光化學地轉化為四環烷（QC）。如圖所示，能量低于降冰片二烯（NBD）吸收起始點的光子有效地穿過裝置的上層，并用于加熱下層收集器中的水，該收集器由一個3D打印的流動池構成，上面覆蓋著石英玻璃片。該裝置的正面尺寸為≈2乘2厘米。

同時，為了進一步評估降冰片二烯的性能，研究人員將最有希望的化合物 ( 2 ) 在 60 °C 的溶液中進行了循環測試（光異構化和隨后的熱反向轉換）。化合物( 2 )經歷了 127 次循環，降解可忽略不計，表現出出色的穩健性。此外，循環測試是在環境條件下進行的（無脫氣），導致每個轉換循環降解 0.2%，這表明需要無氧環境以獲得可忽略的降解。

“這項技術意味著我們可以將太陽能儲存在化學鍵中，并在需要時將能量以熱量的形式釋放出來。” 團隊負責人 Kasper Moth-Poulsen 說。“混合太陽能系統將化學能量儲存與水加熱太陽能電池板相結合，可以轉換 80% 以上的入射陽光。”

由于MOST系統中的一部分能量被儲存在化學鍵中，因此存在著非常穩定的長期儲存的潛力，而這種儲存受限于儲存容量的大小。這種能量可以以非常精確的數量和高度的可靠性進行運輸和交付。

同時，實驗系統展示的技術性能為397 kJ kg-1 = 110 W h kg-1（當前化合物：降冰片二烯），略低于比亞迪磷酸鐵鋰刀片電池的140 W h kg-1；潛力為966 kJ kg-1 = 268 W h kg-1（未取代的降冰片二烯），與現代鋰離子電池化學的能量密度相比非常有競爭力，表明它可能是任何使用電池能量進行電阻性加熱的應用中可行的技術。它還超過了大多數普通相變材料（如石蠟為200-270 kJ kg-1）的熔化焓。因此，從重量級能量密度的角度來看，MOST系統也具有競爭力。

此外，MOST系統展現除了強大的可循環性能，如前所述，在循環測試（光異構化和隨后的熱反向轉換），化合物( 2 )經歷了 127 次循環，降解可忽略不計，表現出出色的穩健性。

MOST 技術的任何未來更大規模應用都面臨兩個主要挑戰，它們共同構成了長期研發的路線圖。進一步發展這種熱化學儲存技術要克服的第一個挑戰可能是溶劑的毒性。減少毒性或消除溶劑將開辟更多的潛在應用，如可利用陽光充電的便攜式烹飪設備，并可在太陽落山時進行烹飪。其次，與任何新技術一樣，MOST 技術還面臨著高成本的挑戰。在這種系統能夠在大宗能源應用中與其他太陽能可再生技術競爭之前，需要通過大規模生產組成化學品來降低成本。

MOST 系統通過吸收光子并將能量儲存在亞穩態光異構化狀態，其捕獲的能量可以在這種液態下儲存長達 18 年，然后通過專門設計的催化劑將分子恢復到原來的形狀并將能量以熱量的形式釋放出來。

目前，查爾姆斯理工大學團隊現在與中國上海交通大學的科學家合作，他們使用緊湊型熱電發電機將熱量轉化為電能。

查爾姆斯理工大學研究員王志航說：“發電機是一種超薄芯片，可以集成到耳機、智能手表和電話等電子產品中。到目前為止，我們只產生了少量電力，但新的結果表明這個概念確實有效，它看起來非常有前途。”

據報道，概念驗證的電流輸出高達 0.1 nW（每單位體積的功率輸出高達 1.3 W m-3），這可能非常小，但科學家們看到了他們的 MOST 系統的巨大潛力，它可以通過一次存儲數月或數年來解決太陽能的間歇性問題，并可以按需利用它。

查爾默斯化學與化學工程系教授、研究負責人 Kasper Moth-Poulsen 說：“這是一種全新的太陽能發電方式。這意味著我們可以利用太陽能發電，不受天氣、時間、季節或地理位置的影響。它是一個封閉的系統，可以在不產生二氧化碳排放的情況下運行。”

在證明了該系統可以用來發電之后，該團隊正專注于改善其性能，同時致力于為小工具充電和為家庭供暖提供經濟實惠的商業解決方案。此外，該系統還可用于衛星熱控系統。在競爭激烈的太陽能領域，突破商業化的障礙將是一個重大而困難的挑戰，但考慮到太陽能技術的創新性和目前全世界淘汰化石燃料的趨勢，突破很可能正在發生。