有機(jī)太陽能電池在印刷機(jī)實(shí)驗(yàn)中獲成功

        當(dāng)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(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來越多的國(guó)家開始開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。而太陽能電池便是一個(gè)很好的應(yīng)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(jī)材料（例如高純度硅）為原料制造的，這種無機(jī)原料太陽能電池造價(jià)昂貴，因而與其他一些能源發(fā)電比起來缺乏競(jìng)爭(zhēng)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(qiáng)調(diào)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(jī)太陽能電池。因?yàn)檫@種電池將不再以無機(jī)材料作為原料，而是用有機(jī)材料取而代之。采用塑料等有機(jī)材料制成的新型太陽能電池將具備更為輕便靈活且價(jià)格便宜的特點(diǎn)，這使得它們可以被廣泛應(yīng)用于許多全新領(lǐng)域。

有機(jī)活性層的發(fā)電方式

塑料太陽能電池采用了有機(jī)半導(dǎo)體，這將大大提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)也降低了制造成本。目前這種有機(jī)材料制造的電池克服的最大問題就是提高能效，因?yàn)樗�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(jī)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(fù)雜。當(dāng)有光照射時(shí)會(huì)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(jìn)入激發(fā)態(tài)，留下一個(gè)正電荷。這個(gè)被激發(fā)的電子將會(huì)運(yùn)動(dòng)到活性層中，并進(jìn)入電子接收體中的最低空余分子軌道。最后電子將運(yùn)動(dòng)到電池的陰極并通過外電路進(jìn)行再結(jié)合，這樣就形成了光電流。

巧妙構(gòu)造解決效率難題

實(shí)際上，采用有機(jī)原料制成的太陽能電池能夠提高能效的關(guān)鍵就在于它們具有低電容率的特性，所以電子在其中流動(dòng)的距離相對(duì)無機(jī)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(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)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(kuò)大其面積，形成一個(gè)電子供體和接收體互相穿插的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣既保證了對(duì)光的吸收同時(shí)也能保證其厚度不會(huì)影響電子傳遞效率。

市場(chǎng)前景十分廣闊

當(dāng)大多數(shù)新型太陽能電池還處在實(shí)驗(yàn)階段，其能效卻已被不斷夸大的時(shí)候，有機(jī)材料太陽能電池能夠降低發(fā)電成本的潛能已經(jīng)被實(shí)實(shí)在在地發(fā)掘并開始為人們所用，因?yàn)檫@些有機(jī)材料的半導(dǎo)體可以被大量生產(chǎn)并靈活運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。如今，世界各地的科學(xué)家和工程師們都在努力發(fā)展這一技術(shù)以更早達(dá)到商業(yè)化的目標(biāo)。

近日，來自澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)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(jìn)行了一次印刷實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)中印刷機(jī)以最高速率運(yùn)轉(zhuǎn)，可以達(dá)到每分鐘印刷200米。

假設(shè)效率為10%的話，該印刷機(jī)可以連續(xù)使用5個(gè)月，太陽能電池所產(chǎn)生的電能相當(dāng)于一個(gè)百萬千瓦的發(fā)電站。

盡管具有諸多優(yōu)勢(shì)，低廉的發(fā)電成本也很有市場(chǎng)潛力，有機(jī)太陽能電池仍需要更多的投資和更進(jìn)一步的發(fā)展才能投入市場(chǎng)供消費(fèi)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(lǐng)著人們走向更環(huán)保、更可持續(xù)的能源發(fā)展之路。