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染料敏化太阳能电池转换效率骤增突破15%大关

   2013-08-07 日经电子24420
将来转换效率还可能达到21% 

       虽然此次的技术以DSSC为基础,但“也有人指出这已不是DSSC”(宫坂)。因为从材料、元件构成及发电原理来看,其拥有很多跟有机薄膜太阳能电池和无机化合物CIGS(CuInGaSe)类太阳能电池相似的特点(图3)。

       正因为相似,如果不超越原来的太阳能电池,其混合材料意义就不大,而新太阳能电池在转换效率方面已经超越了原来的DSSC和有机薄膜太阳能电池。并且,据称今后还有可能超越CIGS类太阳能电池。 

图2:利用光吸收率高的材料实现
图中所示为此次的钙钛矿相类染料敏化太阳能电池的结构和材料。作为敏化材料采用了钙钛矿相的有机无机铅卤化物CH3NH3PbI3,并用有机材料与钴(Co)的络合物取代了原来的电解液。(图(d)由日本桐荫横滨大学宫坂研究室拍摄)
图3:与有机薄膜太阳能电池不断重叠
染料敏化太阳能电池与有机薄膜太阳能电池及此次的钙钛矿相染料敏化太阳能电池的关系。图由《日经电子》根据日本桐荫横滨大学教授宫坂力的资料制作。

       CIGS类太阳能电池的转换效率目前最高为20.4%,宫坂表示“此次的太阳能电池采用现在的材料和技术,转换效率能达到17%。将来,还能够达到21%”。另外,新太阳能电池跟CIGS类太阳能电池不同,不使用铟(In)及镓(Ga)等重金属和稀有金属,能以成本非常低的材料制造。并且,一开始就是采用涂布工艺开发的,这也是一大优势。 

       另一方面,新太阳能电池还存在两大课题。一是现在的有机无机混合材料虽然成本低,但含有对人体有害的铅(Pb)。最近,已开始尝试用锡(Sn)和铜(Cu)代替铅。 

       另一个课题是元件特性差异太大。宫坂说“有的试制品转换效率高达约11%,有的试制品只能达到5%”。但据称这今后通过优化制造工艺能够解决。实际上,格兰泽尔等人的研究小组通过采用分两个阶段涂布形成CH3NH3PbI3的工艺,不仅实现了高转换效率,还大幅改善了特性差异。(记者:野泽 哲生,《日经电子》) 

 
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