柔性太阳能电池未来的发展趋势

近年来，光伏产业中的新兴技术层出不穷，种类繁多，但是大多都是朝着低成本、高转换率、柔性方向发展，其中比较成就斐然的是有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池两种。

2010年起，有机光伏产业正在迅猛发展，许多科研机构纷纷开始与有机太阳能电池相关的研究，瑞士、德国、日本、美国等技术先进国家的政府也都设立了支持有机光伏产业发展的专项基金。在众多创业资本的扶持下，国外与有机太阳能电池相关的创新公司也纷纷涌现。目前国外从事有机太阳能电池开发并拥有自主技术的较成功公司有三家。在这三家重要公司中，Konarka和Solarmer的技术路线是高分子型，而Heliatek的技术路线是不溶性小分子型。这些公司都已经建立起了较大规模的中试线，能够生产一定面积的电池组件。

目前国内也有许多科研机构正在进行有机太阳能电池的研究，如清华大学导电高分子实验室、我国科学院化学研究所、华南理工大学、华东理工大学等，但是国内机构更偏向于基础技术研究，暂时还不具备走产业化方向的能力。厦门惟华光能是全国第一家进行有机太阳能电池研发的公司，目前处于中试阶段，其钙钛矿太阳能电池的实验室效率已达19%。该公司重要进行可溶性小分子有机太阳能电池的研究，可溶性小分子有机太阳能电池技术的稳定性好于高分子有机太阳能电池。后者的工作寿命实测值为三到五年，而可溶性小分子太阳能电池不要考虑高分子太阳能电池中的相分离、高分子光致交联等问题，只要进行有效的隔氧封装，就可以实现十到二十年的工作寿命。值得注意的是，在诸多创新公司介入有机太阳能电池研究之后，电池的光电转化效率提升得更快了。按照业内的普遍预测，有机太阳能电池的光电转化效率将在2015年突破19%，在2018年突破25%。

除了有机太阳能电池之外，目前有许多公司致力于染料敏化太阳能电池的产业化开发，如Solaronix，Dyesol等。染料敏化太阳能电池中必须使用电解质。转化效率在10%以上的染料敏化太阳能电池都是采用液态电解质的，液态电解质有着较大的环保性问题，采用固态或者凝胶态电解质的染料敏化太阳能电池效率与有机太阳能电池接近，在6%8%左右，因此电解液是目前制约染料敏化太阳能电池的核心问题。

染料敏化太阳能电池是瑞士洛桑高等理工大学（EPFL）的GrÄatzel教授发明的，因此也称GrÄatzel电池。英文称作Dyesensitizedsolarcells，简称DSSC。

染料敏化太阳能电池与有机太阳能电池的重要差别有两点：

1.染料敏化太阳能电池是一种有机/无机复合电池。电池上有一层几十微米厚的二氧化钛层，二氧化钛表面上吸附着很薄的一层染料分子。染料分子吸光后，将电子注入到二氧化钛中。

2.这层染料失去电子后处于氧化态，要保持整个过程的可持续性，必须将这些染料进行还原。还原的方法就是引入一层电解液。电解液的用途是从电池的阴极向染料上搬运电子。

事实上GrÄatzel电池最要命的缺点就是电池里存在电解液。电解液的存在会让电池的封装大大复杂化，而且在烈日下电解液的热胀冷缩也成为一个很大的问题。可以说解决电解液的问题，是染料敏化太阳能电池制造商们所面对的最大的问题。可说有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池有一定的类似性，因为它们的吸光材料都是有机材料，而且它们的电荷分离原理都是通过高级向低能级的电子注入。这两点也是它们差别于无机太阳能电池而同被称为第三代太阳能电池的重要原因。

当今社会的科技发展速度十分迅猛，2008年时普遍悲观的光伏行业，经过几次起落，最终还是慢慢稳健了下来。太阳能，已经开始占领了戈壁、沙漠、海滩、屋顶，开始进入了老百姓的生活。除了节能环保的社会效益外，太阳能光伏已经开始凸显其经济效益，我们预计，在5年左右的时间里，太阳能光伏很可能就会趋近火电的成本，转而替代火电。

而柔性太阳能电池也以其独到的特性，牢牢占据着市场一席之地，不仅仅限于户外的无电场所，可以展望不远的将来，人们的背包，衣服，车辆都可以制备成太阳能光电材料，使绿色能源无处不在。

论文参与者：

倪斌厦门大学物理与机电工程学院（厦门汉青信息技术有限公司）

王亚军副教授厦门大学物理与机电工程学院

贾迎春陈艳玲周珍富郭捷

基金项目：1.福建省产学合作重大项目（2011H6025）、2.福建省科技重点项目（2012H0039）、3.福建省产学合作重大项目（2013H6024）.

导师简介：王亚军（1969-），男，浙江慈溪人，副教授，硕士研究生导师，重要从事新能源、半导体照明方面的研究.

作者简介：倪斌（1982-），男，福建厦门人，硕士研究生，重要从事柔性太阳能电池方面的研究。