可免手机充电烦恼的新太阳能电池

美媒称，想象一下吧，再也不必为手机、电子阅读器、平板电脑充电啦！

据美国《科学》周刊网站4月23日报道，研究人员报告说，他们发明了一种效率极高的太阳能电池，可以利用室内和阴天户外的散射光发电。利用这种太阳能电池有一天也许可以研制出能够不断充电的装置，无需再插上插头充电了。

报道称，散射光太阳能电池并不是什么新鲜事，但最好的散射光太阳能电池需要使用昂贵的半导体。1991年瑞士洛桑联邦理工大学的化学家迈克尔·格雷策尔发明了所谓的染料敏化太阳能电池，这种电池在弱光下效果最好，而且比标准的半导体电池便宜。但在强烈的太阳光下，质量最好的染料敏化太阳能电池只能将14％的太阳能转化成电能，相比之下，标准太阳能电池可以将24％的太阳能转化成电能。之所以会发生这种情况，是因为能量来得太快，超出了染料敏化太阳能电池的处理能力。但当能量以较慢的速度抵达时，比如室内的散射光，格雷策尔的染料敏化太阳能电池则可以将28％的光能转化成电能。

报道称，染料敏化太阳能电池的工作原理也稍异于标准的硅太阳能电池。在标准的硅太阳能电池中，电池吸收的太阳光会将硅原子中的电子踢至较高的能量水平，使它们能够跨越邻近原子，移动到带正电荷的电极。然后它们在那里被收集起来并被分流到电路中。奇特的是，电子离开原子后留下的空位也是可以移动的。经过一段时间后，这些空位会移动到带负电荷的电极，在那里它们被来自外部电路的电子填充。这一过程使得太阳能电池中的硅原子电荷得到重新平衡，从而可以连续产生电力。

但染料敏化太阳能电池有所不同。这种电池也有两个电极，分别收集负电荷和正电荷，但在这种电池的中间部位，除了硅之外，还有一种不同的电子导体，通常为一些二氧化钛颗粒。不过，二氧化钛吸收光的能力较弱。因此，研究人员在这些二氧化钛颗粒的表面涂上具有出色的光吸收能力的有机染料分子。被吸收的光子将这些染料分子上的电子和空位激活，就像在硅中一样。染料会立即将被激活的电子移交给二氧化钛颗粒，然后这些电子被传送到正电极。与此同时，空位则被转入传导电荷的电解液中渗透到负电极。

染料敏化太阳能电池的问题是空位在电解液中移动的速度不够快，导致空位在染料和二氧化钛颗粒附近堆积。如果一个被激活的电子碰上一个空位，它们便会结合，释放出热能而不是电能。

报道称，为了解决这个问题，研究人员努力稀释电解液，使空位能够迅速抵达目标。但只要被稀释的电解液稍许有一点不完美，就会导致短路，使整个太阳能电池报废。

现在，格雷策尔和他的同事们找到了一种可能的解决方案。他们设计了一种染料与能够传导空位的分子的结合物，并使它们紧紧地覆盖在二氧化钛颗粒上，创造出了不存在任何缺陷的完美涂层。这意味着移动缓慢的空位只需要运行较短的距离就可以抵达负极。与此同时，他们还报告说，这一紧密的涂层还将染料敏化太阳能电池对散射光的利用效率提高到了32％，接近最大理论值。

美国西北大学的化学家迈克尔·瓦西莱夫斯基说：“这是一个真正了不起的进步。”虽然目前这一新装置还只能将13．1％的直射太阳光转化成电能，但瓦西莱夫斯基指出，由于对散射光的利用效率提高了近20％，因此有希望找到新办法提高该装置在太阳直射情况下的效率。

报道称，由于染料敏化太阳能电池的造价远远低于硅太阳能电池，如果能够以较低的成本实现接近硅太阳能电池的效率，那就是一个成功。在这一天到来之前，染料敏化太阳能，染料敏化太阳能电池至少可以帮助我们在无需电线、插头和外部电源的情况下为一大堆装置充电。