固態(tài)銫錫碘半導(dǎo)體取代液態(tài)電解質(zhì)，比染料本身可吸收更多的光，因此提高了效率。

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(xiàng)，包括“2010年千年技術(shù)獎”（Millennium Technology Prize in 2010）。然而，它們沒有什么商業(yè)影響，它們是1988年發(fā)明的。


西北大學(xué)（Northwestern University）的研究人員上周報(bào)道了一項(xiàng)新的設(shè)計(jì)，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(jià)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(shí)具有成本效益。

西北大學(xué)的這項(xiàng)開發(fā)是最新的，有一連串的進(jìn)展，斯坦福大學(xué)（Stanford University）先進(jìn)分子光伏中心（Center for Advanced Molecular Photovoltaics）主任邁克爾•麥格西（Michael McGehee）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(shí)用的發(fā)電設(shè)備。

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，會產(chǎn)生正負(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)。對于充滿電解質(zhì)的堿性電池而言，滲漏是一個(gè)永遠(yuǎn)存在的危險(xiǎn)，尤其是因?yàn)樘柲茈姵匕鍟幱跇O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（Mercouri Kanatzidis），材料科學(xué)家羅伯特•昌（Robert Chang），還有兩個(gè)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(jì)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(jì)實(shí)際上會提高性能，研究人員說，因?yàn)殇C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(shí)，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(bào)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（Sean Shaheen）是美國丹佛大學(xué)（Denver University）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(gè)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(jì)，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（Timo Technology），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（Tata Steel）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（Damion Milliken）是戴索爾公司的研究和開發(fā)經(jīng)理，他堅(jiān)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(yàn)，相當(dāng)于25年的使用壽命，甚至更久，”米利肯說。“這項(xiàng)技術(shù)在商業(yè)上是可行的。”

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