Sharp转向研究染料敏化太阳能电池 以降低生产成本

据海外媒体报道，Sharp Corp.已开始研发染料敏化太阳能电池(DSSC)，希望第2世代的太阳能电池能大幅降低生产成本，并助公司在充满竞争的市场上取得先机。

这项研究主要在 Sharp结晶太阳电池事业部(Advanced Energy Technologies Laboratories) 进行，该事业部位于奈良县葛城市，该公司预计在2020年左右，将该产品商业化推出。

据该公司研发一部的Ryosuke Yamanaka表示，高光电转换效率的雏型电池，大多为深绿色，因为这是最适合吸收太阳光的颜色，同时也较不会产生颜色不均的现象。

通常用于油漆之类的有机染料，含有金属复合体，一接收到太阳光，便会释出电子。利用这项特点，将染料与电解液置放在导电板两侧，可从中产生电力。制造的原理很简单，但是要选择何种染料与电解液作结合，却令人伤透脑筋，因为光电转换效率的好坏，与选材的关系密切，研究人员必须反复测试不同材料的组合，以求提高光电转换效率。

受到日本新能源产业科技发展组织(NEDO)的委托， Sharp希望在2009年会计年度结束前，将每 900平方公分的DSSC光电转换效率提高8%。去年该公司成功制造出每25平方公尺光电转换效率达8.2%的DSSC，目前为全球该尺寸最高光电转换率的DSSC。

Sharp 研发一部总经理 Hiroyuki Katayama表示：“我们目标是将转换率提高超过 10%，推出商业化的DSSC。”因为目前主流的单晶硅太阳能电池，其模块光电转换效率已达约15%。

为与全球太阳能电池的主流市场抗衡，Sharp 计划于明年春天，在大阪?市开厂生产薄膜太阳能电池。目前该种太阳能电池可产生1kwh的电力，约需成本45日元，约比目前家用电费贵1倍。

Sharp 计划首先以薄膜模块将成本降一半，在2020年前，使成本降为14日元，至2030年降为 7日元。为了实现这些长程目标，Katayama表示：“关键在于能否研发出染料感光的模块。”

因为DSSC不像单晶硅太阳能电池，必须使用真空设备，所以使用DSSC可望大幅降低资本投资。然而，这项低成本的次世代模块也不是全然没有问题。由于DSSC使用有机染料，其质量容易恶化，耐久性受到很大挑战，但太阳能电池必须在各种天气状况下，使用至少30年。

Katayama表示：“一旦光电转换率提高后，我们将重心转为改善耐久性，以及使制造成本商业化。”

资料链接：染料敏化太阳能电池

太阳能电池的基本原理是某些物质被光照射时其电子的运动加剧；若引导这些电子流经一电路中的电位，即可得到电能。而所谓DSSC(dye-sensitizedsolar cell，染料敏化太阳能电池)，其基本设计是用纳米尺寸的金属氧化物半导体的颗粒，以化学方法使其表面吸附染料分子，再将这种颗粒涂布在电池电路的阳极上做为感光层；在感光层和阴极之间则加上一层电解质帮助导电。基于这样的设计所制成的电池即所谓染料敏化太阳能电池(DSSC)。染料敏化太阳电池是属于第三代的有机太阳电池，具有低成本与硅薄膜太阳电池能源转换效率相近的特性。这是因为它选用的原料成本低加上制程容易与简单的制程设备，可有效的降低太阳电池发电成本至所预测的U$0.2/Wp。1991年第一个高效率染料敏化太阳电池由Prof. M. Gra..tzel于Nature上发表8 %的能源转换率后，后来其光电转换效率更提高到11.18 % @ AM1.5，第三代分子级仿生太阳电池于是成为再生能源的主要研发方向之一。此外染料敏化太阳电池不仅成本低廉，仅约传统硅基材太阳电池成本的1/5∼1/10（视制程与有机材料成本而定），对于商业化推展有相当大的帮助，且不受日照角度的影响，加上吸收光线时间长，在相同时间的发电量甚至优于硅晶太阳能电池。此外，硅晶太阳能电池在高温时的发电效率，也会大打折扣，因此安装在较高纬度（天气较冷）地区的成效也比较好，至于染料敏化太阳能电池则是不受温度影响，因此在日照充足、气温炎热地区，竞争力也会优于硅晶太阳能电池，另一项特点是染料敏化太阳电池具有半透明（Semitransparent）的特性，因此适合于建材化（特别是建筑窗材）的整合，相当适用于需要大量空调与照明电力负载的现代化玻璃帷幕大楼，同时作为遮阳、绝热及发电利用的功能，达到建筑物节能与产能的双重能源效益，极可能成为下一世代广泛应用的太阳能利用技术，染料敏化太阳电池之应用市场可说相当广泛，未来于建筑屋顶、外墙发电用途，及家电、可携式电子产品(如电子计算器、手表、电子字典、手机、NB计算机)等市场商机潜力庞大。

对比硅太阳能电池，DSSC（染料敏化太阳能电池）有不少的优点，如下:

其一，感光颗粒涂布在阳极上的厚度仅约在微米尺度。而且纳米颗粒分布的方式使得感光层的有效受光表面积约变为电极表面积的100 倍，因此能以极少量物质达到很大的吸光效率。

其二，制造感光颗粒，只需将半导体颗粒浸泡在含染料的溶液中，再用惰性气体风干即可；涂布在阳极表面上的平整度也没有特别要求，制程简单又便宜。

其三，一般染料在可见光范围的吸收波段相当大，因此符合以同一组件利用大波段阳光的要求。

其四，DSSC 感光的效率极高。 <