鉅大LARGE | 點擊量：635次 | 2021年09月13日
廉價染料敏化太陽能電池走向商用
易于制備的太陽能電池采用染料捕捉光線，已經(jīng)獲得一系列令人印象深刻的科學(xué)獎項，包括2010年千年技術(shù)獎（MillenniumTechnologyPrizein2010）。然而，它們沒有什么商業(yè)影響，它們是1988年發(fā)明的。
太陽能染料：左邊的彩色窗戶是在韓國首爾政府大樓，這種窗戶可以發(fā)電，使用的技術(shù)來自澳大利亞染料型太陽能開發(fā)商戴索爾公司。來源：麻省理工科技創(chuàng)業(yè)
西北大學(xué)（NorthwesternUniversity）的研究人員上周報道了一項新的設(shè)計，可以改變這種狀況，制成的設(shè)備可消除染料敏化太陽能電池固有的缺陷：就是容易發(fā)生泄漏，還有腐蝕性的液體電解質(zhì)。
不同于薄膜和硅板，染料太陽能電池板的制備，可以采用廉價的卷對卷工藝，類似于印刷。因此，即使它們的效率低于硅太陽能電池，它們也確實具有成本效益。
西北大學(xué)的這項開發(fā)是最新的，有一連串的進(jìn)展，斯坦福大學(xué)（StanfordUniversity）先進(jìn)分子光伏中心（CenterforAdvancedMolecularPhotovoltaics）主任邁克爾麥格西（MichaelMcGehee）最近稱為復(fù)興中的染料敏化電池。在這一領(lǐng)域，這些最新進(jìn)展最終可以把高雅的科學(xué)奇想轉(zhuǎn)化為實用的發(fā)電設(shè)備。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在染料敏化太陽能電池中，入射光激活一層多孔的二氧化鈦（titania），這層二氧化鈦涂有染料，會出現(xiàn)正負(fù)電荷。負(fù)電荷就是激發(fā)的電子，會穿過二氧化鈦流出電池，而正電荷會流入液體電解質(zhì)。有關(guān)充滿電解質(zhì)的堿性電池而言，滲漏是一個永遠(yuǎn)存在的危險，尤其是因為太陽能電池板會處于極端氣候。電解質(zhì)受熱到80°C（例如，在屋頂上），就會擴(kuò)張，裂開電池板的密封。染料電池的碘電解液腐蝕性也很強(qiáng)，可以蝕穿抗銹金屬，如鋁和不銹鋼。
西北大學(xué)化學(xué)家梅爾庫麗克卡納其迪斯（MercouriKanatzidis），材料科學(xué)家羅伯特昌（RobertChang），還有兩個研究生，他們?nèi)〈巳玖想姵氐囊后w電解質(zhì)，采用固態(tài)碘基半導(dǎo)體。雖然以前的固態(tài)設(shè)計會降低染料電池的輸出功率，但是，西北大學(xué)的這種設(shè)計實際上會提高性能，研究人員說，因為銫錫碘（cesium-tin-iodine）半導(dǎo)體取代了液態(tài)電解質(zhì)，也可吸收光線。其實，我們的材料比染料本身可吸收更多的光，卡納其迪斯說。
在上周《自然》的一篇報道中，西北大學(xué)研究小組聲稱，他們的電池可以把10.2％的入射光轉(zhuǎn)換為電力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過7％的效率，就是現(xiàn)有的最佳固態(tài)染料電池的效率。肖恩沙欣（SeanShaheen）是美國丹佛大學(xué)（DenverUniversity）有機(jī)太陽能電池專家，他說，西北大學(xué)太陽能電池的效率更接近8％，在標(biāo)準(zhǔn)測量條件下就是這樣。但是，沙欣說，這仍然是染料電池的一個重要進(jìn)展。
卡納其迪斯說，有可能商業(yè)化推廣這種設(shè)計，只要電池效率可以推進(jìn)到11％以上。這低于12％至16％的商用薄膜太陽能電池板效率，也遠(yuǎn)低于硅板的效率。但是，制造染料電池的成本也應(yīng)該較低。
澳大利亞太陽能開發(fā)商戴索爾公司（Dyesol）正在尋求利用低成本工藝，推廣傳統(tǒng)的染料太陽能技術(shù)，包括液態(tài)電解質(zhì)。它的戰(zhàn)略是把染料基太陽能集成到建筑材料中，如高樓玻璃板和鋼結(jié)構(gòu)屋頂板。今年三月，戴索爾公司的韓國合資伙伴蒂莫技術(shù)公司（TimoTechnology），在首爾的一幢大樓上安裝了玻璃面板。而戴索爾公司正在聯(lián)合印度塔塔鋼鐵公司（TataSteel）開發(fā)有染料太陽能電池涂層的鋼結(jié)構(gòu)屋頂。
戴米恩米利肯（DamionMilliken）是戴索爾公司的研究和開發(fā)經(jīng)理，他堅持認(rèn)為，可以包含液體電解質(zhì)。戴索爾公司和其他公司已生產(chǎn)出一些設(shè)備，具有優(yōu)良的長期穩(wěn)定性，已經(jīng)過加速試驗，相當(dāng)于25年的使用壽命，甚至更久，米利肯說。這項技術(shù)在商業(yè)上是可行的。
