瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）教授邁克爾·格蘭澤爾(Michael Gratzel)的研究小組，以及英國牛津大學（Universityof Oxford）和日本桐蔭橫濱大學的研究小組，分別獨立開發(fā)出了轉換效率超過15％的固體型染料敏化太陽能電池（DSSC）。約在半年左右的時間內就將轉換效率提高了約4個百分點，大大超過了其他有機類太陽能電池（圖1）。
這種DSSC采用鈣鈦礦相的有機無機混合結晶材料CH3NH3PbI3作為染料敏化材料，并用由有機材料構成的空穴輸送材料（HTM）取代了電解液（圖2）。洛桑聯(lián)邦理工學院開發(fā)的DSSC由玻璃、FTO、TiO2、CH3NH3PbI3、HTM及Au等構成。而牛津大學等開發(fā)的DSSC還與TiO2一同采用了鋁材（Al2O3）。作為采用有機材料和無機材料制造的太陽能電池，兩者首次實現(xiàn)了可與結晶硅型太陽能電池相匹敵的轉換效率。
這種結構的DSSC的前身是日本桐蔭橫濱大學教授宮坂力的研究小組于2009年4月提出的太陽能電池。當時，很多人嘗試采用無機半導體微！孔狱c作為敏化材料，制造“量子點增感型太陽能電池”。宮坂指出“量子點效率低，并且存在電流反向流動等許多課題”。因此，將目光轉向了CH3NH3PbI3。
CH3NH3PbI3不僅能高效吸收從可見光到波長800nm的廣譜光，還具有能在TiO2等多孔質材料上直接化學合成的特點。非常適合涂布工藝。
不過，宮坂等人在2009年試制時，采用了傳統(tǒng)的DSSC電解液，轉換效率只有3.8％。之后，2012年來到宮坂研究室的牛津大學研究人員，用一般用作固體型DSSC的HTM的“螺二芴化合物”取代了電解液，結果轉換效率首次突破10％，達到了10.9％。后來，隨著工藝不斷優(yōu)化，轉換效率僅約半年時間就猛增至15.36％。
雖然此次的技術以DSSC為基礎，但宮坂稱“也有人指出這已不是DSSC”。因為從材料、元件構成及發(fā)電原理來看，其擁有很多跟有機薄膜太陽能電池和無機化合物CIGS（CuInGaSe）類太陽能電池相似的特點（圖3）。
正因為相似，如果不超越原來的太陽能電池，其混合材料意義就不大，而新太陽能電池在轉換效率方面已經超越了原來的DSSC和有機薄膜太陽能電池。并且，據(jù)稱今后還有可能超越CIGS類太陽能電池。
CIGS類太陽能電池的轉換效率目前最高為20.4％，宮坂表示“此次的太陽能電池采用現(xiàn)在的材料和技術，轉換效率能達到17％。將來，還能夠達到21％”。另外，新太陽能電池跟CIGS類太陽能電池不同，不使用銦（In）及鎵（Ga）等重金屬和稀有金屬，能以成本非常低的材料制造。并且，一開始就是采用涂布工藝開發(fā)的，這也是一大優(yōu)勢。
另一方面，新太陽能電池還存在兩大課題。一是現(xiàn)在的有機無機混合材料雖然成本低，但含有對人體有害的鉛（Pb）。最近，已開始嘗試用錫（Sn）和銅（Cu）代替鉛。
另一個課題是元件特性差異太大。宮坂說“有的試制品轉換效率高達約11％，有的試制品只能達到5％”。但據(jù)稱這今后通過優(yōu)化制造工藝能夠解決。實際上，格蘭澤爾等人的研究小組通過采用分兩個階段涂布形成CH3NH3PbI3的工藝，不僅實現(xiàn)了高轉換效率，還大幅改善了特性差異。
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