新型太阳能电池前景光明

时至今日，太阳能电池的发展仍存在很多局限性，例如生产成本高、运行效率低以及耐用性问题。此外，很多太阳能电池的原材料都含有毒性，且属于稀缺材料。近日，美国西北大学的研究团队研发出一种新型的太阳能电池，从理论上可以最大限度地减少太阳能电池技术所面对的所有局限性。

这种新型太阳能电池的研发得益于跨学科协作。纳米技术专家罗伯特·张与化学家科瑞·卡纳茨迪斯作为研究团队的重要成员，共同提出使用一种新材料来解决太阳能电池的局限性。在新型太阳能电池中，薄膜复合材料由铯、锡和碘制成，称为CsSnI3。这种复合物质取代了染料敏化太阳能电池中的液体电解质。实际上，这种材料开始也是一种液体，最后会形成一种固体物质。这种新的全固态太阳能电池本质上更高效，更稳定，使用寿命更长。

科瑞·卡纳茨迪斯说：我们创造了一种性能强大的新材料，可以使染料敏化太阳能电池效果更好。新的材料呈固态，而不是液态，所以防止了泄漏或腐蚀。

罗伯特·张表示：我们的太阳能电池完全采用纳米技术。亿万颗纳米粒子给予了我们巨大的有效表面积，可以为所有的粒子都涂上吸光染料。

众所周知，太阳能电池发展至今，为了降低高昂的原材料成本，为了让太阳能电池具有环保性能，科学家开始使用染料敏化太阳能电池技术。这其中最具代表性的就是格拉兹尔电池。它低廉的成本与环保性能，以及相对较高的转换率，都让这种电池具有光明的发展前景。然而，格拉兹尔电池的缺点也很显著。这种染料敏化电池的电解质使用有机液体制成，会发生泄漏，并会腐蚀太阳能电池本身。

此外，格拉兹尔电池使用分子染料吸收阳光，再转换为电能，就像植物光合用途中的叶绿素。但是，这种电池的使用寿命通常都不到18个月，这就使其商用价值比较低。

新型的太阳能电池也属于染料敏化电池，并在格拉兹尔电池的基础上，着重解决了材料和性能上的缺陷。这种新型太阳能电池同时使用n型和p型半导体，并使用单层染料分子连结。每个近似球形的纳米粒子，都是由二氧化钛制成，作为一种n型半导体。而铯锡碘薄膜材料则作为一种新型的可溶P型半导体。

单个太阳能电池的尺寸约10微米厚，把有染料涂层的纳米粒子包进去。铯锡碘薄膜材料开始时呈液态，倒入电池中会在纳米粒子周围流动，经过蒸发，形成固态物质。这种吸光染料中的光子会转换成电能，而吸光染料存在于两个半导体之间。

从技术上讲，CsSnI3发挥的用途更加全面，不仅作为电解质使电池运行，同时，CsSnI3本身也吸收光。这种材料能够吸收更多的光子，吸收更广泛的可见光谱，性能胜过格拉兹尔电池使用的传统染料。

实验显示，这种新型太阳能电池表现出的最高转换效率大约是10.2％。现有的最佳固态燃料动力锂电池的转换率只有7％。相比较而言，传统太阳能电池采用高纯度的硅制成，可以转换大约20％的入射光。格拉兹尔电池的最高转换性能大约在11％至12％。但是，综合原料成本、耐用性及环保性能，这种新型太阳能电池的表现已经可以让人眼前一亮了。同时，经过加速试验，这种新型太阳能电池拥有的稳定性更持久，使用寿命相当于25年。良好的成本效益，证明了它在商业上的可行性。

美国丹佛大学有机太阳能电池专家肖恩·夏新认为：在标准测量条件下，西北大学的太阳能电池效率更接近8％，这有关染料敏化电池技术来说已经是一个重要的进展了。斯坦福大学高级光电分子中心主任迈克尔·麦吉也表示：在染料敏化电池这一领域，西北大学的进展最终将能把高雅的科学奇想转化为实用的发电设备。

西北大学的研究团队表示，全固态染料敏化太阳能电池系统在实验中一直保持总体性能的提升态势。罗伯特·张说：我们有望超过格拉兹尔电池的性能。我们的研究开辟了一种新的可能性。这些新材料有可能制造出迄今所见过的最先进、效率最高的太阳能电池。

研究团队指出，这种轻巧的薄膜结构可兼容自动化生产，这种概念适用于多种类型的太阳能电池，下一步将计划制作大型太阳能电池阵列。