背包上噴涂一種材料，人們一邊走路一邊就能給手機(jī)、MP3等充電；公交車站防雨棚上覆蓋這種材料，乘客就可以一邊等車一邊給手機(jī)充電。這不是科幻電影，而是發(fā)生在美國(guó)洛杉磯的真實(shí)場(chǎng)景。這種神奇的材料就是塑料太陽能電池材料——繼晶體硅、無機(jī)薄膜之后的第三代太陽能電池材料。而現(xiàn)在，這種被稱為太陽能發(fā)電行業(yè)未來寵兒的材料也已在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
　　上周，南京化工園紫金科創(chuàng)特區(qū)傳出消息，位于該特區(qū)的南京歐納壹有機(jī)光電公司已經(jīng)成功試生產(chǎn)出有機(jī)薄膜太陽能電池材料。歐納壹公司董事長(zhǎng)肖淑勇博士表示，相對(duì)于晶體硅和無機(jī)薄膜而言，納米級(jí)的第三代塑料太陽能電池材料具有柔韌性好、成本低、商業(yè)利用價(jià)值高等多種優(yōu)勢(shì)，將成為太陽能發(fā)電行業(yè)的“新寵”。
　　據(jù)肖博士介紹，全世界共有136個(gè)國(guó)家處于普及應(yīng)用太陽能電池的熱潮中，其中有95個(gè)國(guó)家正在大規(guī)模進(jìn)行太陽能電池的研制開發(fā)，積極生產(chǎn)各種相關(guān)的節(jié)能新產(chǎn)品。目前，全球太陽能電池材料共有三代，第一代是晶體硅太陽能電池材料，包括單晶硅和多晶硅。目前市場(chǎng)上常見的是多晶硅太陽能電池材料，盡管光電轉(zhuǎn)化率較高，但是此類材料生產(chǎn)過程污染高，原材料無法降解，同時(shí)工藝復(fù)雜，成本高、能耗大。第二代是無機(jī)薄膜太陽能電池材料，相對(duì)于第一代晶體硅材料而言，其工藝已經(jīng)簡(jiǎn)化，但仍然依托高真空工藝技術(shù)，設(shè)備投資很大，而且材料中要用到儲(chǔ)量較少的稀土，其中一種稀土銦非常稀缺，不太容易開發(fā)。第三代是塑料太陽能電池材料，又稱有機(jī)薄膜太陽能電池材料。其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，能耗小，成本低。這種材料是有機(jī)化合物，可以降解，是綠色環(huán)保產(chǎn)品。據(jù)測(cè)算，目前塑料太陽能電池材料的發(fā)電效率在10%左右，甚至能達(dá)到12%，每瓦發(fā)電成本約是多晶硅電池的1/10，有著較高的商業(yè)利用價(jià)值。
　　肖淑勇博士介紹，由于有機(jī)太陽能材料是納米級(jí)材料，質(zhì)量輕，使用量非常小，最大的優(yōu)點(diǎn)是柔韌性好，不僅制成的器件能彎曲能折疊，而且可以做成溶液形成膜，印刷或噴涂在物體表面，進(jìn)行發(fā)電。
　　肖淑勇強(qiáng)調(diào)，第三代塑料太陽能電池材料雖然優(yōu)勢(shì)突出，市場(chǎng)前景廣闊，但全球尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。其應(yīng)用也尚未大規(guī)模推廣，現(xiàn)在的客戶大多是科研院所、大型企業(yè)的研發(fā)中心等。目前，全球只有少數(shù)幾家研究所能夠研發(fā)和生產(chǎn)這種產(chǎn)品。加拿大的One Material公司專門從事塑料太陽能電池材料的研發(fā)和生產(chǎn)，公司已經(jīng)掌握了10多項(xiàng)全球發(fā)明專利，諸多發(fā)明專利已轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，同時(shí)與三星、GE、夏普等國(guó)際企業(yè)保持合作關(guān)系。肖淑勇在南京化工園成立的南京歐納壹公司，也已建立了研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，并從去年9月份開始試生產(chǎn)塑料太陽能電池。據(jù)了解，歐納壹公司的生產(chǎn)工藝技術(shù)全球領(lǐng)先，試生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異，價(jià)格是黃金的10倍，產(chǎn)品已經(jīng)供給中科院等國(guó)內(nèi)科研院所使用。
　　目前，南京歐納壹公司加大了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的開發(fā)，未來公司計(jì)劃和國(guó)內(nèi)大型廠商、研究院校等合作，從類似美國(guó)的“小項(xiàng)目”入手，將塑料太陽能電池材料推廣到市場(chǎng)上，再進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。肖淑勇表示，公司將致力于改變太陽能企業(yè)依托于政府政策的局面，希望能將太陽能技術(shù)真正轉(zhuǎn)變?yōu)榭萍忌唐�，而非政策依托附品，從而作為高效的綠色再生能源獨(dú)立進(jìn)入能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
　　據(jù)了解，南京公司試生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)供不應(yīng)求，公司即將在南京化工園設(shè)立廠房，擴(kuò)大生產(chǎn)。

　　熱門研究方向

　　有專家表示，塑料太陽能電池效率只要超過10%，就具有商業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。目前其研究主要集中于多功能新材料的開發(fā)和器件制造技術(shù)的提高。塑料太陽電池的開路電壓通常為幾百毫伏，最高可超過1000毫伏。因而器件內(nèi)阻過大，缺陷較多，其短路電流一般很低，為毫安級(jí)。因此，提高光子的收集效率、激子的界面分離、降低太陽電池的內(nèi)阻以增加短路電流成為塑料太陽能電池領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
　　圍繞提高有機(jī)太陽能電池效率的研究，在過去幾年中出現(xiàn)了大量的成果。材料的選擇經(jīng)歷了有機(jī)染料、有機(jī)染料/無機(jī)材料、有機(jī)染料/有機(jī)材料、有機(jī)染料/聚合物材料、聚合物材料、聚合物材料/無機(jī)材料、聚合物材料/聚合物材料等階段；器件的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了單層器件、雙層器件和多層器件等階段。

　　國(guó)外部分成果

　　加州大學(xué)洛杉磯分校和住友化學(xué)公司開發(fā)的塑料太陽能電池包含兩層，分別作用于不同波段的光線，一層聚合物作用于可見光，另一層作用于紅外光。電池轉(zhuǎn)化率為10.6%。
　　美國(guó)伊利諾伊大學(xué)研究人員使用染色的塑料薄片收集陽光，并將其集中到一個(gè)由砷化鎵制成的太陽能電池里，可以使電池的輸出能量增加1倍。目前，研究人員已經(jīng)證明該方法適用于單一太陽能電池。但他們計(jì)劃做出更大的，點(diǎn)綴著許多微小的太陽能電池陣列的塑料片。這樣既可讓太陽能電池板產(chǎn)生更多的電力，又可減少光伏材料的消耗，從而降低面板成本。
　　瑞士電子與微技術(shù)中心(CSEM)巴西公司以有機(jī)聚合體替代單晶硅制造太陽能電池的技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)開發(fā)階段。他們的新技術(shù)可制造較大面積的塑料太陽能電池板，以滿足普通家庭用電需求。如果在建筑頂棚等開闊空間安裝這種太陽能電池板，發(fā)電規(guī)模將非�？捎^。
　　英國(guó)謝菲爾德大學(xué)和劍橋大學(xué)的研究人員過批量印制工藝，用兩種不同的感光物質(zhì)在塑料薄膜上“印”上了一層厚度只有60納米的電路結(jié)構(gòu)。整個(gè)制造過程都在較低的溫度下進(jìn)行，可采用“卷對(duì)卷印刷”技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)，且該工藝在總體上可顯著降低能耗和材料浪費(fèi)。研究人員稱，這種聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率目前在7%~8%，下一步有望提高到10%以上，可望在5~10年內(nèi)大規(guī)模商用。

 
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