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一項最新的研究進(jìn)展讓可印的光伏電池或?qū)⒆優(yōu)榭赡?br />
太陽能染料：左邊的彩色窗戶坐落于韓國首爾政府大樓，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（Dyesol）。（圖片來源：戴索爾）
利用染料吸收光能而且制造方便的太陽能電池，獲得了一連串令人嘆為觀止的科學(xué)獎項，其中包括了2010年的千禧科技獎。然而自它們從1988年問世以來，在商業(yè)界并未能造成較大的影響。
西北大學(xué)的研究人員上周報道了一項創(chuàng)新設(shè)計，也許可以改變這種局面。這些科研人員制成的設(shè)備可消除染料敏化太陽能電池固有的缺陷：即容易發(fā)生泄漏，以及含有腐蝕性的液體電解質(zhì)。
與薄膜和硅板不同的是，染料電池板的制備可以采用廉價的卷對卷工序，類似于印刷。因此，即使它們的效率低于硅太陽能電池，也會具有很好的成本效益。
西北大學(xué)的這項研究是染料敏感電池領(lǐng)域一系列發(fā)現(xiàn)中最新的一個。這些進(jìn)展被斯坦福大學(xué)(Stanford University)高級分子光伏中心(Center for Advanced Molecular Photovoltaics)主任邁克爾•麥格西（Michael McGehee）稱為染料電池的‘復(fù)興’ 。這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展最終可以把優(yōu)美的科學(xué)奇想轉(zhuǎn)化為實用的發(fā)電設(shè)備。
在染料敏化太陽能電池中，入射光激發(fā)涂有染料的二氧化鈦(titania)多孔層，從而產(chǎn)生正負(fù)電荷。負(fù)電荷是被激發(fā)的電子，穿過二氧化鈦流出電池，而正電荷則流入液體電解質(zhì)。對于充滿電解液的堿性電池而言，滲漏是個永遠(yuǎn)存在的危險（尤其當(dāng)太陽能電池板處于極端氣候條件下時）。電解質(zhì)受熱到80°C(例如在屋頂上)，就會擴(kuò)張，從而引起電池板密封層的破裂。染料電池的碘電解液的腐蝕性很強(qiáng)，足以蝕穿抗銹金屬，如鋁合金和不銹鋼。
西北大學(xué)的化學(xué)家梅爾庫麗克•卡納其迪斯(Mercouri Kanatzidis)，材料學(xué)家羅伯特•張(Robert Chang)，連同兩位研究生，采用固態(tài)碘基半導(dǎo)體取代染料電池的液態(tài)電解質(zhì)。盡管之前的固態(tài)設(shè)計會降低染料電池的輸出功率，但是西北大學(xué)的設(shè)計卻促進(jìn)了它的性能。研究人員指出，這是由于代替液態(tài)電解質(zhì)的銫錫碘(cesium-tin-iodine)半導(dǎo)體也能吸收光能。‘實際上，我們的材料會比染料本身吸收更多的光能。’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)換為電能，遠(yuǎn)比現(xiàn)今最好的固態(tài)染料電池效率（7%）高得多，。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，他指出，西北大學(xué)太陽能電池的效率，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下更接近8%。但是沙欣說，這仍然是染料電池的一重要舉措。
卡納其迪斯認(rèn)為，如果電池的效率可以提升至11%以上，就有可能商業(yè)化推廣這種設(shè)計。新的太陽能電池的效率比商用薄膜太陽能電池板效率（12%至16%），也遠(yuǎn)低于太陽能硅板的效率。但是，制造染料電池的成本也相應(yīng)要低。
澳大利亞染料型太陽能開發(fā)商戴索爾公司正利用低成本工序，使傳統(tǒng)燃料太陽能技術(shù)走向商業(yè)化，這些技術(shù)包括了液體電解質(zhì)。它的方法是將染料太陽能電池整合到建筑材料中，如高層玻璃板和鋼屋面板。提摩科技公司（Timo Technology）是戴索爾公司在韓國的合資企業(yè)伙伴，今年三月，他們將玻璃面板安裝到了首爾的一座建筑中。另外，戴索爾公司正與印度的塔塔鋼鐵集團(tuán) （Tata Steel）合作，以研發(fā)染料鍍層太陽能鋼板。
達(dá)米安•米利肯（Damion Milliken）是戴索爾公司的研究和開發(fā)經(jīng)理，他堅持認(rèn)為液體電解質(zhì)的使用將會逐漸少。‘索爾和其他公司生產(chǎn)出的設(shè)備，具有很好的長期穩(wěn)定性，這些設(shè)備經(jīng)受了相當(dāng)于25年或者更長時間的加速測試，’利肯說，‘這些技術(shù)是具有商業(yè)效益的。’
本文為美國Technology Review授權(quán)文章,未經(jīng)書面許可,嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載使用.
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