有機太陽能電池在印刷機實驗中獲成功

        當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力。而太陽能電池便是一個很好的應用。目前商業(yè)化生產(chǎn)的太陽能電池大多數(shù)都是以無機材料（例如高純度硅）為原料制造的，這種無機原料太陽能電池造價昂貴，因而與其他一些能源發(fā)電比起來缺乏競爭力（例如煤炭發(fā)電）。而未來太陽能電池的主流發(fā)展方向強調的是更輕便、更靈活，最重要的是，更便宜。而一種新型的太陽能電池正好符合這種發(fā)展方向，那就是有機太陽能電池。因為這種電池將不再以無機材料作為原料，而是用有機材料取而代之。采用塑料等有機材料制成的新型太陽能電池將具備更為輕便靈活且價格便宜的特點，這使得它們可以被廣泛應用于許多全新領域。

有機活性層的發(fā)電方式

塑料太陽能電池采用了有機半導體，這將大大提高太陽能電池的能量轉化效率，同時也降低了制造成本。目前這種有機材料制造的電池克服的最大問題就是提高能效，因為它采用了吸光材料。這種材料具有電荷分離和傳輸電荷等功能，并將它們以一種可控的形態(tài)“送到”太陽能電池的活性層中。

與硅類似，有機光電（OPV）電池中的活性層也是由電子供體和電子接收體組成的。然后活性層再被陽極（銦錫氧化物）和陰極（鋁）包圍在中間。

而這種電池的工作原理也并不復雜。當有光照射時會激發(fā)材料中的電子使它們從原有軌道（最高被占用分子軌道）進入激發(fā)態(tài)，留下一個正電荷。這個被激發(fā)的電子將會運動到活性層中，并進入電子接收體中的最低空余分子軌道。最后電子將運動到電池的陰極并通過外電路進行再結合，這樣就形成了光電流。

巧妙構造解決效率難題

實際上，采用有機原料制成的太陽能電池能夠提高能效的關鍵就在于它們具有低電容率的特性，所以電子在其中流動的距離相對無機太陽能電池較短。不過在其制造過程中也遇到了問題。為了使電子供體和接收體之間的電子傳遞更加高效，有機太陽能電池中這兩者的厚度都要在10納米左右。但是通常為了保證最大限度的吸收光，一般的有機材料厚度都要求大于100納米。

不過這一看似矛盾的問題可以通過優(yōu)化活性層中的結構來解決。在制造過程中可以將電子供體和接收體分散排列從而擴大其面積，形成一個電子供體和接收體互相穿插的網(wǎng)狀結構，這樣既保證了對光的吸收同時也能保證其厚度不會影響電子傳遞效率。

市場前景十分廣闊

當大多數(shù)新型太陽能電池還處在實驗階段，其能效卻已被不斷夸大的時候，有機材料太陽能電池能夠降低發(fā)電成本的潛能已經(jīng)被實實在在地發(fā)掘并開始為人們所用，因為這些有機材料的半導體可以被大量生產(chǎn)并靈活運用于各個領域。如今，世界各地的科學家和工程師們都在努力發(fā)展這一技術以更早達到商業(yè)化的目標。

近日，來自澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織的研究員們與一家印鈔公司合作，成功進行了一次印刷實驗。試驗中印刷機以最高速率運轉，可以達到每分鐘印刷200米。

假設效率為10%的話，該印刷機可以連續(xù)使用5個月，太陽能電池所產(chǎn)生的電能相當于一個百萬千瓦的發(fā)電站。

盡管具有諸多優(yōu)勢，低廉的發(fā)電成本也很有市場潛力，有機太陽能電池仍需要更多的投資和更進一步的發(fā)展才能投入市場供消費者們使用，特別是其穩(wěn)定性問題還亟待解決。不過，這種電池所帶來的美好前景將引領著人們走向更環(huán)保、更可持續(xù)的能源發(fā)展之路。