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染敏太陽能電池,低價走向商業化

日期:2012-8-9
一項最新的研究進展讓可印的光伏電池或將變為可能

太陽能染料:左邊的彩色窗戶坐落于韓國首爾政府大樓,這種窗戶可以發電,使用的技術來自澳大利亞染料型太陽能開發商戴索爾公司(Dyesol)。(圖片來源:戴索爾)
利用染料吸收光能而且制造方便的太陽能電池,獲得了一連串令人嘆為觀止的科學獎項,其中包括了2010年的千禧科技獎。然而自它們從1988年問世以來,在商業界并未能造成較大的影響。
西北大學的研究人員上周報道了一項創新設計,也許可以改變這種局面。這些科研人員制成的設備可消除染料敏化太陽能電池固有的缺陷:即容易發生泄漏,以及含有腐蝕性的液體電解質。
與薄膜和硅板不同的是,染料電池板的制備可以采用廉價的卷對卷工序,類似于印刷。因此,即使它們的效率低于硅太陽能電池,也會具有很好的成本效益。
西北大學的這項研究是染料敏感電池領域一系列發現中最新的一個。這些進展被斯坦福大學(Stanford University)高級分子光伏中心(Center for Advanced Molecular Photovoltaics)主任邁克爾•麥格西(Michael McGehee)稱為染料電池的‘復興’ 。這一領域的最新進展最終可以把優美的科學奇想轉化為實用的發電設備。
在染料敏化太陽能電池中,入射光激發涂有染料的二氧化鈦(titania)多孔層,從而產生正負電荷。負電荷是被激發的電子,穿過二氧化鈦流出電池,而正電荷則流入液體電解質。對于充滿電解液的堿性電池而言,滲漏是個永遠存在的危險(尤其當太陽能電池板處于極端氣候條件下時)。電解質受熱到80°C(例如在屋頂上),就會擴張,從而引起電池板密封層的破裂。染料電池的碘電解液的腐蝕性很強,足以蝕穿抗銹金屬,如鋁合金和不銹鋼。
西北大學的化學家梅爾庫麗克•卡納其迪斯(Mercouri Kanatzidis),材料學家羅伯特•張(Robert Chang),連同兩位研究生,采用固態碘基半導體取代染料電池的液態電解質。盡管之前的固態設計會降低染料電池的輸出功率,但是西北大學的設計卻促進了它的性能。研究人員指出,這是由于代替液態電解質的銫錫碘(cesium-tin-iodine)半導體也能吸收光能。‘實際上,我們的材料會比染料本身吸收更多的光能。’迪斯說。
在上周《自然》的一篇報道中,西北大學研究小組聲稱,他們的電池可以把10.2%的入射光轉換為電能,遠比現今最好的固態染料電池效率(7%)高得多,。肖恩•沙欣(Sean Shaheen)是美國丹佛大學(Denver University)有機太陽能電池專家,他指出,西北大學太陽能電池的效率,在標準測試條件下更接近8%。但是沙欣說,這仍然是染料電池的一重要舉措。
卡納其迪斯認為,如果電池的效率可以提升至11%以上,就有可能商業化推廣這種設計。新的太陽能電池的效率比商用薄膜太陽能電池板效率(12%至16%),也遠低于太陽能硅板的效率。但是,制造染料電池的成本也相應要低。
澳大利亞染料型太陽能開發商戴索爾公司正利用低成本工序,使傳統燃料太陽能技術走向商業化,這些技術包括了液體電解質。它的方法是將染料太陽能電池整合到建筑材料中,如高層玻璃板和鋼屋面板。提摩科技公司(Timo Technology)是戴索爾公司在韓國的合資企業伙伴,今年三月,他們將玻璃面板安裝到了首爾的一座建筑中。另外,戴索爾公司正與印度的塔塔鋼鐵集團 (Tata Steel)合作,以研發染料鍍層太陽能鋼板。
達米安•米利肯(Damion Milliken)是戴索爾公司的研究和開發經理,他堅持認為液體電解質的使用將會逐漸少。‘索爾和其他公司生產出的設備,具有很好的長期穩定性,這些設備經受了相當于25年或者更長時間的加速測試,’利肯說,‘這些技術是具有商業效益的。’(來源:Technology Review)
 
 

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