低成本染料敏化太阳能电池获新突破

文/郑焕斌

据《每日科学》网站2012年11月11日报道，瑞士洛桑理工大学的科学家凯文·西沃拉领导的研究小组正致力于利用丰富而廉价的氧化铁（铁锈）和水研发一种新型染料敏化太阳能电池（DSSC），以利用太阳能制备氢气。虽然这项研究成果目前仍处于试验阶段，但它代表了科学家在氧化铁和染料敏化二氧化钛太阳能电池研究方面的新突破。

染料敏化太阳能电池是一种模仿光合作用原理的太阳能电池，主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂和导电基底等几部分组成。其因原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在规模化工业生产中具有较大优势，对保护人类环境具有重要意义。

1991年，瑞士洛桑理工大学教授格兰泽尔在染料敏化太阳能电池领域取得重大突破，成功研制出可利用水直接生产氢气的太阳能电池。此后科学家们一直致力于研究低成本、高转换率且能规模化生产的染料敏化太阳能电池。

通常研究人员多采用氧化钛、氧化锡和氧化锌等金属氧化物作为纳米多孔半导体薄膜，西沃拉研究小组所遵循的基本原理与格兰泽尔相同，但采用氧化铁作为半导体材料。其研制的设备是一种完全自备式控制，设备所产生的电子用于分解水分子，并将其重新组成为氧气和氢气。该研究小组人员利用光电化学技术致力于解决困扰氢气制备的最关键问题——成本。

西沃拉说：“美国的一个研究小组已能将染料敏化太阳能电池的转换效率提高到12.4%。尽管其在理论上前景很诱人，但该方法生产电池的成本太高，生产面积仅为10平方厘米的电池，其成本就高达10000美元。”因此，西沃拉研究小组一开始就给自己设定了一个目标，即仅采用价格低廉的材料和技术。

西沃拉指出，他们研制的设备中最昂贵的部分是玻璃面板。目前新设备的转换效率依然较低，仅为1.4%至3.6%，但该技术潜力很大。研究小组还致力于研制一种简易便捷的制作工艺，比如利用浸泡或擦涂的方式制作半导体薄膜。西沃拉说：“我们希望未来几年内将转化效率提高到10%左右，生产成本降为每平方米80美元以下。如果能实现此目标，就能较传统的制氢方法更具竞争力。”

西沃拉预计，采用氧化铁作为半导体材料的串联电池技术，其转换效率最终将能够达到16%，同时成本也将会很低廉，这是该技术的最大优势。如果能够以廉价的方式成功储存太阳能，这项发明将能够大幅度增加人类利用太阳能的力度，可成为利用可再生能源的一种可靠方式。