鉅大鋰電 | 點擊量:0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(MillenniumTechnologyPrizein2010)。然而,它們沒有什么商業影響,它們是1988年發明的。
太陽能染料:左邊的彩色窗戶是在韓國首爾政府大樓,這種窗戶可以發電,使用的技術來自澳大利亞染料型太陽能開發商戴索爾公司。來源:麻省理工科技創業
西北大學(NorthwesternUniversity)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是最新的,有一連串的進展,斯坦福大學(StanfordUniversity)先進分子光伏中心(CenterforAdvancedMolecularPhotovoltaics)主任邁克爾麥格西(MichaelMcGehee)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,會出現正負電荷。負電荷就是激發的電子,會穿過二氧化鈦流出電池,而正電荷會流入液體電解質。有關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(MercouriKanatzidis),材料科學家羅伯特昌(RobertChang),還有兩個研究生,他們取代了染料電池的液體電解質,采用固態碘基半導體。雖然以前的固態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,就是現有的最佳固態染料電池的效率。肖恩沙欣(SeanShaheen)是美國丹佛大學(DenverUniversity)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商戴索爾公司(Dyesol)正在尋求利用低成本工藝,推廣傳統的染料太陽能技術,包括液態電解質。它的戰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(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合印度塔塔鋼鐵公司(TataSteel)開發有染料太陽能電池涂層的鋼結構屋頂。
戴米恩米利肯(DamionMilliken)是戴索爾公司的研究和開發經理,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,具有優良的長期穩定性,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。這項技術在商業上是可行的。
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