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塑料或成太陽能電池材料未來寵兒

鉅大LARGE  |  點擊量:176次  |  2020年04月23日  

摘要
背包上噴涂一種材料,人們一邊走路一邊就能給手機、MP3等充電;公交車站防雨棚上覆蓋這種材料,乘客就可以一邊等車一邊給手機充電。這不是科幻電影,而是發生在美國洛杉... 關鍵字:噴涂 太陽能發電 晶體硅太陽能電池材料 塑料太陽能電池。

背包上噴涂一種材料,人們一邊走路一邊就能給手機、MP3等充電;公交車站防雨棚上覆蓋這種材料,乘客就可以一邊等車一邊給手機充電。這不是科幻電影,而是發生在美國洛杉磯的真實場景。這種神奇的材料就是塑料太陽能電池材料繼晶體硅、無機薄膜之后的第三代太陽能電池材料。而現在,這種被稱為太陽能發電行業未來寵兒的材料也已在國內實現了產業化。


上周,南京化工園紫金科創特區傳出消息,位于該特區的南京歐納壹有機光電公司已經成功試生產出有機薄膜太陽能電池材料。歐納壹公司董事長肖淑勇博士表示,相對于晶體硅和無機薄膜而言,納米級的第三代塑料太陽能電池材料具有柔韌性好、成本低、商業利用價值高等多種優勢,將成為太陽能發電行業的新寵。


據肖博士介紹,全世界共有136個國家處于普及應用太陽能電池的熱潮中,其中有95個國家正在大規模進行太陽能電池的研制開發,積極生產各種相關的節能新產品。目前,全球太陽能電池材料共有三代,第一代是晶體硅太陽能電池材料,包括單晶硅和多晶硅。目前市場上常見的是多晶硅太陽能電池材料,盡管光電轉化率較高,但是此類材料生產過程污染高,原材料無法降解,同時工藝復雜,成本高、能耗大。第二代是無機薄膜太陽能電池材料,相對于第一代晶體硅材料而言,其工藝已經簡化,但仍然依托高真空工藝技術,設備投資很大,而且材料中要用到儲量較少的稀土,其中一種稀土銦非常稀缺,不太容易開發。第三代是塑料太陽能電池材料,又稱有機薄膜太陽能電池材料。其生產工藝簡單,能耗小,成本低。這種材料是有機化合物,可以降解,是綠色環保產品。據測算,目前塑料太陽能電池材料的發電效率在10%左右,甚至能達到12%,每瓦發電成本約是多晶硅電池的1/10,有著較高的商業利用價值。


肖淑勇博士介紹,由于有機太陽能材料是納米級材料,質量輕,使用量非常小,最大的優點是柔韌性好,不僅制成的器件能彎曲能折疊,而且可以做成溶液形成膜,印刷或噴涂在物體表面,進行發電。


肖淑勇強調,第三代塑料太陽能電池材料雖然優勢突出,市場前景廣闊,但全球尚未實現大規模工業化生產。其應用也尚未大規模推廣,現在的客戶大多是科研院所、大型企業的研發中心等。目前,全球只有少數幾家研究所能夠研發和生產這種產品。加拿大的OneMaterial公司專門從事塑料太陽能電池材料的研發和生產,公司已經掌握了10多項全球發明專利,諸多發明專利已轉化為產品進入市場,同時與三星、GE、夏普等國際企業保持合作關系。肖淑勇在南京化工園成立的南京歐納壹公司,也已建立了研發實驗室,并從去年9月份開始試生產塑料太陽能電池。據了解,歐納壹公司的生產工藝技術全球領先,試生產出的產品質量優異,價格是黃金的10倍,產品已經供給中科院等國內科研院所使用。


目前,南京歐納壹公司加大了國內市場的開發,未來公司計劃和國內大型廠商、研究院校等合作,從類似美國的小項目入手,將塑料太陽能電池材料推廣到市場上,再進行規?;a。肖淑勇表示,公司將致力于改變太陽能企業依托于政府政策的局面,希望能將太陽能技術真正轉變為科技商品,而非政策依托附品,從而作為高效的綠色再生能源獨立進入能源市場競爭。


據了解,南京公司試生產的產品已經供不應求,公司即將在南京化工園設立廠房,擴大生產。


鏈接


熱門研究方向


有專家表示,塑料太陽能電池效率只要超過10%,就具有商業化應用價值。目前其研究主要集中于多功能新材料的開發和器件制造技術的提高。塑料太陽電池的開路電壓通常為幾百毫伏,最高可超過1000毫伏。因而器件內阻過大,缺陷較多,其短路電流一般很低,為毫安級。因此,提高光子的收集效率、激子的界面分離、降低太陽電池的內阻以增加短路電流成為塑料太陽能電池領域的研究重點。


圍繞提高有機太陽能電池效率的研究,在過去幾年中出現了大量的成果。材料的選擇經歷了有機染料、有機染料/無機材料、有機染料/有機材料、有機染料/聚合物材料、聚合物材料、聚合物材料/無機材料、聚合物材料/聚合物材料等階段;器件的結構經歷了單層器件、雙層器件和多層器件等階段。


國外部分成果


加州大學洛杉磯分校和住友化學公司開發的塑料太陽能電池包含兩層,分別作用于不同波段的光線,一層聚合物作用于可見光,另一層作用于紅外光。電池轉化率為10.6%。


美國伊利諾伊大學研究人員使用染色的塑料薄片收集陽光,并將其集中到一個由砷化鎵制成的太陽能電池里,可以使電池的輸出能量增加1倍。目前,研究人員已經證明該方法適用于單一太陽能電池。但他們計劃做出更大的,點綴著許多微小的太陽能電池陣列的塑料片。這樣既可讓太陽能電池板產生更多的電力,又可減少光伏材料的消耗,從而降低面板成本。


瑞士電子與微技術中心(CSEM)巴西公司以有機聚合體替代單晶硅制造太陽能電池的技術已進入商業開發階段。他們的新技術可制造較大面積的塑料太陽能電池板,以滿足普通家庭用電需求。如果在建筑頂棚等開闊空間安裝這種太陽能電池板,發電規模將非??捎^。


英國謝菲爾德大學和劍橋大學的研究人員過批量印制工藝,用兩種不同的感光物質在塑料薄膜上印上了一層厚度只有60納米的電路結構。整個制造過程都在較低的溫度下進行,可采用卷對卷印刷技術大規模生產,且該工藝在總體上可顯著降低能耗和材料浪費。研究人員稱,這種聚合物太陽能電池的轉化效率目前在7%~8%,下一步有望提高到10%以上,可望在5~10年內大規模商用。


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