法国联合Toyobo研发特殊太阳能电池 室内转换效率高达25%

已知，太阳光照射到地球上的平均能量密度为1376W/m2，假设能量转化率已达到为30%。城市每个三口之家每天的平均用电量为3kW•h，平均太阳光照时间4h，则只需不足2m2太阳能电池板即可为之提供充足的电力；家庭电路最大熔断电流一般在20A左右，最大瞬时功率4400W，达到此瞬时功率只需10m2左右的太阳能电池板即可。

在太阳能为人类生产生活提供充足电力的同时，人们还希望其能够助物联网一臂之力。若能将太阳能发电用在各种传感器或是微小设备上，如为手机充电或是给智慧家电供电，也许我们就不用再担心电池没电，以及更换电池成本等问题。

在研发室内太阳能之前，需要先考虑户外与室内的环境、光谱等差异。据了解，室内可见光波长达到380nm——780nm，如果把市面上常见的硅晶太阳能板移到室内或是弱光环境下，其转换效率往往不佳，因此需要藉由分析材料的外部量子效率来寻找最适合的太阳能材料。

经研究发现，在室内或弱光环境下，有机太阳能电池将是最佳选择。由有机高分子材料作为光敏活性层的有机太阳能电池，具有无机太阳能电池技术所不具备的许多优良特性，如材料结构多样性、可大面积低成本印刷制备、柔性、半透明甚至全透明等。除了作为正常的发电装置外，在其他领域如节能建筑一体化、可穿戴设备等方面也都具有巨大的应用潜力。有机太阳能电池的诸多优势引起了学术界和工业界的高度关注。

近年来，有机太阳能电池的研究获得了突飞猛进的发展，光电转化效率不断刷新，从效率5%到超过10%，从14%再到17%......但目前制约有机太阳能电池发展“瓶颈”的仍在于光电转化效率偏低。因此持续提高光电转化效率是有机太阳能电池研究的首要目标，也是其实现产业化的关键。而制备出高效率、低成本以及重现性良好的可溶液加工活性材料，则是提高光电转化效率的基础。

近日，法国原子能暨替代性能源署科技研究部旗下的能源技术与纳米材料创新实验室（CEA-Liten）与日本东洋纺织（Toyobo）合作研发出一种由特殊太阳能材料制成的新型有机太阳能电池，其转换效率在暗房中高达25%，在室内环境极具发电潜力。

由于有机太阳能的制造材料多样，制造过程也以低成本、低耗能的涂布或印刷为主，依据不同制程可以做成可挠或透明模块。据介绍，这种特殊的太阳能材料可以溶在无卤溶剂中。因此研究人员便能均匀地将材料涂在基板上。同时，他们还进一步优化了溶剂和涂覆技术，除了成功地以玻璃基板制造出小型电池外，他们还利用常见的塑胶聚对苯二甲酸乙二酯当作基板，制作出18平方厘米的有机太阳能板。

据称，该模块在亮度将近暗房220lux的照度下能够产生130毫瓦电力，与普通的非晶硅太阳能转化效率16%相比，该新型有机太阳能的转换效率（25%）比非晶硅的高出60%。因此，研究人员表示会将该材料提供给太阳能电池商，并期望能在3年内实现商业化应用。

目前，科学界普遍认为有机太阳能电池已经到了商业化的“黎明前夕”。有机太阳能电池的光电转化效率究竟还有多少提升空间、如何提升，这还需要各国科学家们去继续探索研究。