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廉价染料敏化太阳能电池走向商用

放大字体??缩小字体 发布日期:2016-09-11 浏览次数:126
廉价染料敏化太阳能电池走向商用   易于制备的太阳能电池采用染料捕捉光线,已经获得一系列令人印象深刻的科学奖项,包括“2010年千年技术奖”(Millennium Technology Prize in 2010)。然而,它们没有什么商业影响,它们是1988年发明的。

  西北大学(Northwestern University)的研究人员上周报道了一项新的设计,可以改变这种状况,制成的设备可消除染料敏化太阳能电池固有的缺陷:就是容易发生泄漏,还有腐蚀性的液体电解质。

  太阳能染料:左边的彩色窗户是在韩国首尔政府大楼,这种窗户可以发电,使用的技术来自澳大利亚染料型太阳能开发商戴索尔公司。

  不同于薄膜和硅板,染料太阳能电池板的制备,可以采用廉价的卷对卷工艺,类似于印刷。因此,即使它们的效率低于硅太阳能电池,它们也确实具有成本效益。

  西北大学的这项开发是最新的,有一连串的进展,斯坦福大学(Stanford University)先进分子光伏中心(Center for Advanced Molecular Photovoltaics)主任迈克尔??麦格西(Michael McGehee)最近称为“复兴中”的染料敏化电池。在这一领域,这些最新进展最终可以把高雅的科学奇想转化为实用的发电设备。

  在染料敏化太阳能电池中,入射光激活一层多孔的二氧化钛(titania),这层二氧化钛涂有染料,会产生正负电荷。负电荷就是激发的电子,会穿过二氧化钛流出电池,而正电荷会流入液体电解质。对于充满电解质的碱性电池而言,渗漏是一个永远存在的危险,尤其是因为太阳能电池板会处于极端气候。电解质受热到80°C(例如,在屋顶上),就会扩张,裂开电池板的密封。染料电池的碘电解液腐蚀性也很强,可以蚀穿抗锈金属,如铝和不锈钢。

  西北大学化学家梅尔库丽克·卡纳其迪斯(Mercouri Kanatzidis),材料科学家罗伯特·昌(Robert Chang),还有两个研究生,他们取代了染料电池的液体电解质,采用固态碘基半导体。虽然以前的固态设计会降低染料电池的输出功率,但是,西北大学的这种设计实际上会提高性能,研究人员说,因为铯锡碘(cesium-tin-iodine)半导体取代了液态电解质,也可吸收光线。“其实,我们的材料比染料本身可吸收更多的光,”卡纳其迪斯说。

  在上周《自然》的一篇报道中,西北大学研究小组声称,他们的电池可以把10.2%的入射光转换为电力,远远超过7%的效率,就是现有的最佳固态染料电池的效率。肖恩·沙欣(Sean Shaheen)是美国丹佛大学(Denver University)有机太阳能电池专家,他说,西北大学太阳能电池的效率更接近8%,在标准测量条件下就是这样。但是,沙欣说,这仍然是染料电池的一个重要进展。

  卡纳其迪斯说,有可能商业化推广这种设计,只要电池效率可以推进到11%以上。这低于12%至16%的商用薄膜太阳能电池板效率,也远低于硅板的效率。但是,制造染料电池的成本也应该较低。

  澳大利亚太阳能开发商戴索尔公司(Dyesol)正在寻求利用低成本工艺,推广传统的染料太阳能技术,包括液态电解质。它的战略是把染料基太阳能集成到建筑材料中,如高楼玻璃板和钢结构屋顶板。今年三月,戴索尔公司的韩国合资伙伴蒂莫技术公司(Timo Technology),在首尔的一幢大楼上安装了玻璃面板。而戴索尔公司正在联合印度塔塔钢铁公司(Tata Steel)开发有染料太阳能电池涂层的钢结构屋顶。

  戴米恩·米利肯(Damion Milliken)是戴索尔公司的研究和开发经理,他坚持认为,可以包含液体电解质。“戴索尔公司和其他公司已生产出一些设备,具有优良的长期稳定性,已经过加速试验,相当于25年的使用寿命,甚至更久,”米利肯说。“这项技术在商业上是可行的。”

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