染料敏化太阳能电池 低价走向商业化(图)

来源:Technology Review,翻译:梁敏仪     2012年08月08日 09:58:53  二维码   
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太阳能染料:左边的彩色窗户坐落于韩国首尔政府大楼,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(Dyesol)。(图片来源:戴索尔)

利用染料吸收光能而且制造方便的太阳能电池,获得了一连串令人叹为观止的科学奖项,其中包括了2010年的千禧科技奖。然而自它们从1988年问世以来,在商业界并未能造成较大的影响。

西北大学的研究人员上周报道了一项创新设计,也许可以改变这种局面。这些科研人员制成的设备可消除染料敏化太阳能电池固有的缺陷:即容易发生泄漏,以及含有腐蚀性的液体电解质。

与薄膜和硅板不同的是,染料电池板的制备可以采用廉价的卷对卷工序,类似于印刷。因此,即使它们的效率低于硅太阳能电池,也会具有很好的成本效益。

西北大学的这项研究是染料敏感电池领域一系列发现中最新的一个。这些进展被斯坦福大学(Stanford University)高级分子光伏中心(Center for Advanced Molecular Photovoltaics)主任迈克尔•麦格西(Michael McGehee)称为染料电池的‘复兴’ 。这一领域的最新进展最终可以把优美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,入射光激发涂有染料的二氧化钛(titania)多孔层,从而产生正负电荷。负电荷是被激发的电子,穿过二氧化钛流出电池,而正电荷则流入液体电解质。对于充满电解液的碱性电池而言,渗漏是个永远存在的危险(尤其当太阳能电池板处于极端气候条件下时)。电解质受热到80°C(例如在屋顶上),就会扩张,从而引起电池板密封层的破裂。染料电池的碘电解液的腐蚀性很强,足以蚀穿抗锈金属,如铝合金和不锈钢。

西北大学的化学家梅尔库丽克•卡纳其迪斯(Mercouri Kanatzidis),材料学家罗伯特•张(Robert Chang),连同两位研究生,采用固态碘基半导体取代染料电池的液态电解质。尽管之前的固态设计会降低染料电池的输出功率,但是西北大学的设计却促进了它的性能。研究人员指出,这是由于代替液态电解质的铯锡碘(cesium-tin-iodine)半导体也能吸收光能。‘实际上,我们的材料会比染料本身吸收更多的光能。’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%的入射光转换为电能,远比现今最好的固态染料电池效率(7%)高得多,。肖恩•沙欣(Sean Shaheen)是美国丹佛大学(Denver University)有机太阳能电池专家,他指出,西北大学太阳能电池的效率,在标准测试条件下更接近8%。但是沙欣说,这仍然是染料电池的一重要举措。

卡纳其迪斯认为,如果电池的效率可以提升至11%以上,就有可能商业化推广这种设计。新的太阳能电池的效率比商用薄膜太阳能电池板效率(12%至16%),也远低于太阳能硅板的效率。但是,制造染料电池的成本也相应要低。

澳大利亚染料型太阳能开发商戴索尔公司正利用低成本工序,使传统燃料太阳能技术走向商业化,这些技术包括了液体电解质。它的方法是将染料太阳能电池整合到建筑材料中,如高层玻璃板和钢屋面板。提摩科技公司(Timo Technology)是戴索尔公司在韩国的合资企业伙伴,今年三月,他们将玻璃面板安装到了首尔的一座建筑中。另外,戴索尔公司正与印度的塔塔钢铁集团 (Tata Steel)合作,以研发染料镀层太阳能钢板。

达米安•米利肯(Damion Milliken)是戴索尔公司的研究和开发经理,他坚持认为液体电解质的使用将会逐渐少。‘索尔和其他公司生产出的设备,具有很好的长期稳定性,这些设备经受了相当于25年或者更长时间的加速测试,’利肯说,‘这些技术是具有商业效益的。’

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责任编辑:赵卓然
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