固態(tài)銫錫碘半導體取代液態(tài)電解質，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，已經獲得一系列令人印象深刻的科學獎項，包括“2010年千年技術獎”（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（Northwestern University）的研究人員上周報道了一項新的設計，可以改變這種狀況，制成的設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。

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。

西北大學的這項開發(fā)是最新的，有一連串的進展，斯坦福大學（Stanford University）先進分子光伏中心（Center for Advanced Molecular Photovoltaics）主任邁克爾•麥格西（Michael McGehee）最近稱為“復興中”的染料敏化電池。在這一領域，這些最新進展最終可以把高雅的科學奇想轉化為實用的發(fā)電設備。

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，會產生正負電荷。負電荷就是激發(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。對于充滿電解質的堿性電池而言，滲漏是一個永遠存在的危險，尤其是因為太陽能電池板會處于極端氣候。電解質受熱到80°C（例如，在屋頂上），就會擴張，裂開電池板的密封。染料電池的碘電解液腐蝕性也很強，可以蝕穿抗銹金屬，如鋁和不銹鋼。

西北大學化學家梅爾庫麗克•卡納其迪斯（Mercouri Kanatzidis），材料科學家羅伯特•昌（Robert Chang），還有兩個研究生，他們取代了染料電池的液體電解質，采用固態(tài)碘基半導體。雖然以前的固態(tài)設計會降低染料電池的輸出功率，但是，西北大學的這種設計實際上會提高性能，研究人員說，因為銫錫碘（cesium-tin-iodine）半導體取代了液態(tài)電解質，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，西北大學研究小組聲稱，他們的電池可以把10.2％的入射光轉換為電力，遠遠超過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（Denver University）有機太陽能電池專家，他說，西北大學太陽能電池的效率更接近8％，在標準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展。

卡納其迪斯說，有可能商業(yè)化推廣這種設計，只要電池效率可以推進到11％以上。這低于12％至16％的商用薄膜太陽能電池板效率，也遠低于硅板的效率。但是，制造染料電池的成本也應該較低。

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，包括液態(tài)電解質。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構屋頂板。今年三月，戴索爾公司的韓國合資伙伴蒂莫技術公司（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構屋頂。

戴米恩•米利肯（Damion Milliken）是戴索爾公司的研究和開發(fā)經理，他堅持認為，可以包含液體電解質。“戴索爾公司和其他公司已生產出一些設備，具有優(yōu)良的長期穩(wěn)定性，已經過加速試驗，相當于25年的使用壽命，甚至更久，”米利肯說。“這項技術在商業(yè)上是可行的。”

本文為美國Technology Review授權文章，未經書面許可，嚴禁轉載使用。