柔性太陽能電池未來的發(fā)展趨勢

    鋰電世界  近年來，光伏產(chǎn)業(yè)中的新興技術(shù)層出不窮，種類繁多，但是大多都是朝著低成本、高轉(zhuǎn)換率、柔性方向發(fā)展，其中比較成就斐然的是有機太陽能電池和染料敏化太陽能電池兩種。
　　
    2010年起，有機光伏產(chǎn)業(yè)正在迅猛發(fā)展，許多科研機構(gòu)紛紛開始與有機太陽能電池相關(guān)的研究，瑞士、德國、日本、美國等技術(shù)先進國家的政府也都設(shè)立了支持有機光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專項基金。在眾多創(chuàng)業(yè)資本的扶持下，國外與有機太陽能電池相關(guān)的創(chuàng)新公司也紛紛涌現(xiàn)。目前國外從事有機太陽能電池開發(fā)并擁有自主技術(shù)的較成功企業(yè)有三家。在這三家主要企業(yè)中，Konarka和Solarmer的技術(shù)路線是高分子型，而Heliatek的技術(shù)路線是不溶性小分子型。這些公司都已經(jīng)建立起了較大規(guī)模的中試線，能夠生產(chǎn)一定面積的電池組件。
　　
    目前國內(nèi)也有許多科研機構(gòu)正在進行有機太陽能電池的研究，如清華大學導(dǎo)電高分子實驗室、中國科學院化學研究所、華南理工大學、華東理工大學等，但是國內(nèi)機構(gòu)更偏向于基礎(chǔ)技術(shù)研究，暫時還不具備走產(chǎn)業(yè)化方向的能力。廈門惟華光能是全國第一家進行有機太陽能電池研發(fā)的企業(yè)，目前處于中試階段，其鈣鈦礦太陽能電池的實驗室效率已達19%。該公司主要進行可溶性小分子有機太陽能電池的研究，可溶性小分子有機太陽能電池技術(shù)的穩(wěn)定性好于高分子有機太陽能電池。后者的工作壽命實測值為三到五年，而可溶性小分子太陽能電池不需要考慮高分子太陽能電池中的相分離、高分子光致交聯(lián)等問題，只要進行有效的隔氧封裝，就可以實現(xiàn)十到二十年的工作壽命。值得注意的是，在諸多創(chuàng)新公司介入有機太陽能電池研究之后，電池的光電轉(zhuǎn)化效率提升得更快了。按照業(yè)內(nèi)的普遍預(yù)測，有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率將在2015 年突破19%，在2018年突破25%。
　　
    除了有機太陽能電池之外，目前有許多公司致力于染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，如Solaronix，Dyesol等。染料敏化太陽能電池中必須使用電解質(zhì)。轉(zhuǎn)化效率在10%以上的染料敏化太陽能電池都是采用液態(tài)電解質(zhì)的，液態(tài)電解質(zhì)有著較大的環(huán)保性問題，采用固態(tài)或者凝膠態(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池效率與有機太陽能電池接近，在6%——8%左右，因此電解液是目前制約染料敏化太陽能電池的核心問題。
　　
    染料敏化太陽能電池是瑞士洛桑高等理工大學（EPFL）的Gr?atzel教授發(fā)明的，因此也稱Gr?atzel電池。英文稱作“Dye sensitized solar cells”，簡稱DSSC。
　　
    染料敏化太陽能電池與有機太陽能電池的主要區(qū)別有兩點：
　　
    1. 染料敏化太陽能電池是一種有機/無機復(fù)合電池。電池上有一層幾十微米厚的二氧化鈦層，二氧化鈦表面上吸附著很薄的一層染料分子。染料分子吸光后，將電子注入到二氧化鈦中。
　　
    2. 這層染料失去電子后處于氧化態(tài)，要保持整個過程的可持續(xù)性，必須將這些染料進行還原。還原的方法就是引入一層電解液。電解液的作用是從電池的陰極向染料上搬運電子。
　　
    事實上Gr?atzel電池最要命的缺點就是電池里存在電解液。電解液的存在會讓電池的封裝大大復(fù)雜化，而且在烈日下電解液的熱脹冷縮也成為一個很大的問題。可以說解決電解液的問題，是染料敏化太陽能電池制造商們所面對的最大的問題。可說有機太陽能電池和染料敏化太陽能電池有一定的類似性，因為它們的吸光材料都是有機材料，而且它們的電荷分離原理都是通過高級向低能級的電子注入。這兩點也是它們區(qū)別于無機太陽能電池而同被稱為第三代太陽能電池的主要原因。
　　
    當今社會的科技發(fā)展速度十分迅猛，2008年時普遍悲觀的光伏行業(yè)，經(jīng)過幾次起落，最終還是慢慢穩(wěn)健了下來。太陽能，已經(jīng)開始占領(lǐng)了戈壁、沙漠、海灘、屋頂，開始進入了老百姓的生活。除了節(jié)能環(huán)保的社會效益外，太陽能光伏已經(jīng)開始凸顯其經(jīng)濟效益，我們預(yù)計，在5年左右的時間里，太陽能光伏很可能就會趨近火電的成本，轉(zhuǎn)而替代火電。
　　
    而柔性太陽能電池也以其獨到的特性，牢牢占據(jù)著市場一席之地，不僅僅限于戶外的無電場所，可以展望不遠的將來，人們的背包，衣服，車輛都可以制備成太陽能光電材料，使綠色能源無處不在。