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太阳能电池的材料革命——有机薄膜太阳能电池

:太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,作为可再生能源的一种,则是指太阳能的直接转化和利用。

70年代以来,鉴于常规能源供给的有限和环保压力的增加,世界上许多国家掀起了开放利用太阳能和可再生能源的热潮。根据材料不同,太阳能电池可分为:硅太阳能电池,多元合物薄膜太阳能电池,聚合物多层修饰电极型太阳能电池,纳米晶太阳能电池,有机太阳能电池。

目前商业市场主流趋势使用多晶硅,非晶硅薄膜太阳能电池,也有碲化镉多晶和铜铟镓硒薄膜电池。尽管都符合工业化生产条件,但工业规模生产的转化效率仅为10%-15%。然而,目前的转化率最高已经达到12%。传统太阳能电池中晶硅成本高;非晶硅薄膜太阳能电池受制于材料引发的光电效率衰退效应,稳定性低;碲化镉多晶薄膜电池中镉有剧毒,会对环境造成严重污染;铜铟镓硒薄膜电池(CIGS)中铟和硒都是比较稀有的元素,因此,这些种类电池的发展必然受限制。

然而,相比传统太阳能电池,有机太阳能电池有四大优势:一是生产成本最低廉,原材料获得最容易,使用最环保,量产后发电成本将与火电接近,具备强大的价格竞争力。另外,生产有机薄膜电池的生产工艺是印刷和涂布,就像是印刷报纸那样。这样极大的节省了生产成本,也加快了生产周期;二是最轻,最薄,电池厚度仅为多晶硅太阳能电池硅片厚度的五百分之一,而且可以卷曲,因此可以安装在建筑物的任意位置上,不像晶体硅太阳能电池那样要考虑建筑物的承重能力。

这样运用范围就广,可运用于玻璃幕墙,节能家居以及便携式产品;三是通过调整分子结构,可以改变材料的吸光范围,从而改变太阳能电池的颜色,颜色甚至是多彩多样,富含全光谱系列,从近紫外到近红外,是与建筑一体化最吻合的电池组件;四是有机薄膜太阳能电池的透明化,及真正的透明电池。电池的吸收在近红外区域,可以实现类似于玻璃的透光程度,并实现光电转换。目前,透明电池的光电转换率在7.3%。因此,有机太阳能电池必将成为未来光伏产业的最主要产品。