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更少的空間、不斷縮小的屋頂面積和不斷增長(zhǎng)的能耗正在推動(dòng)太陽能領(lǐng)域的迭代創(chuàng)新，有機(jī)太陽電池(OSCs)就是其中之一。

這是薄膜太陽電池的一種先進(jìn)創(chuàng)新形式。在有機(jī)太陽電池中，塑料板被用來代替后座，光伏材料與其他可彎曲基材被一起印在上面。這就是它們比硅太陽電池要輕得多的原因。

有機(jī)太陽電池的可用性、靈活性和重量輕受到廣泛關(guān)注。然而，這種電池的一個(gè)主要缺點(diǎn)是效率較低，過去這些年幾乎沒有超過10%。

伴隨著規(guī)?；a(chǎn)，再加上這些有機(jī)太陽電池的多功能性提供了新的開發(fā)途徑，這種情況在發(fā)生改變。如非富勒烯受體(NFA)的快速發(fā)展，小面積單結(jié)OSC的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)已超過18%(器件面積約0.1cm2 。

如此，這樣一種可以大規(guī)模生產(chǎn)的、薄而靈活的硅基太陽電池替代品有望使可再生能源在更多領(lǐng)域得以應(yīng)用，如為室內(nèi)智能設(shè)備供電等。除了在室內(nèi)的效率外，有機(jī)太陽能電池更易與室內(nèi)家具融合。它們也不含鉛和其他對(duì)環(huán)境有害的化合物。

傳統(tǒng)的太陽電池是由硅制成的，不能在室內(nèi)使用。但是，這些有機(jī)電池的發(fā)電效率在室內(nèi)使用時(shí)不會(huì)下降。

有機(jī)太陽電池，從邊緣到前沿

2010年，美國佐治亞州理工學(xué)院的研究機(jī)構(gòu)在提高光電設(shè)備性能方面展開了不同一般的研究。研究表明，使用壓電材料可以提升光電設(shè)備的性能，即像太陽電池一樣工作。

在這種背景下，日本立命館大學(xué)的一個(gè)研究小組發(fā)明了一種薄膜柔性壓電-光伏裝置。這些太陽能光伏電池可以將給予室內(nèi)光線的LED和緊湊型熒光燈的光線轉(zhuǎn)換為電能。

這一裝置薄如紙，長(zhǎng)度僅為10毫米，通過ZnMgO薄層分層形成。ZnMgo和硒(Se)是用于這些薄膜的主要原材料，這也是這些PET塑料薄膜具有靈活性的原因。這種薄膜的主要優(yōu)點(diǎn)是，它可以很容易的吸收室內(nèi)環(huán)境光線。由于薄而靈活，這些設(shè)備所需的空間較小，可以以各種形式使用。

組件大規(guī)模生產(chǎn)指日可待

一家德國初創(chuàng)公司Heliatek計(jì)劃最快在今年開始大規(guī)模生產(chǎn)有機(jī)太陽光伏電池。日本公司理光計(jì)劃從2023財(cái)年開始小規(guī)模生產(chǎn)這類電池。

業(yè)內(nèi)人士稱，每平方米的有機(jī)電池重量不足2kg，明年將降至不足1kg。

有機(jī)太陽光伏電池先驅(qū)、瑞典的Epishine公司預(yù)計(jì)將在今年12月向市場(chǎng)推出公司的組件。它們的轉(zhuǎn)換效率為13%，壽命約為10年。這家初創(chuàng)公司表示，這些組件可用于溫度和濕度控制、讀卡器和火災(zāi)警報(bào)器。

日本電子企業(yè)預(yù)計(jì)會(huì)在下一個(gè)財(cái)年產(chǎn)生100平方米的有機(jī)太陽電池，這足以為約50000個(gè)微小的智能器具供電。

法國企業(yè)Dracula Technologies正在研究不依賴昂貴的稀土金屬的薄膜狀有機(jī)太陽電池。至2024年，公司預(yù)計(jì)將開始大規(guī)模生產(chǎn)。Dracula Technologies在2020年從個(gè)人投資者那里籌集了240萬歐元啟動(dòng)資金。電池的外部轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到13%，壽命可以達(dá)到10年。

在中國，今年5月，《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)以“Fluid Mechanics Inspired Sequential Blade-Coating for High-Performance Large-Area Organic Solar Modules”為題，在線報(bào)道了蘇州大學(xué)李永舫院士團(tuán)隊(duì)的李耀文教授在活性層流體力學(xué)調(diào)控助力高效大面積有機(jī)太陽能組件方面取得的重要進(jìn)展(Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202202011)。


（a）基于RS-LBL策略的大面積OSC組件示意圖；（b）相應(yīng)OSC組件的J-V曲線；（c）在10×10 cm2的基板上，刮涂制備的有效面積為36 cm2的組件照片；（d）已報(bào)道有效面積超過30 cm

據(jù)介紹，本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)有機(jī)太陽電池因可溶液加工、質(zhì)輕和本征柔性等優(yōu)點(diǎn)引起了科研人員的廣泛關(guān)注及研究后，取得了快速發(fā)展，目前光電轉(zhuǎn)換效率已突破19%。

繼BIPV之后，這一太陽能行業(yè)的突破有可能成為這個(gè)時(shí)代的一場(chǎng)革命，消費(fèi)者現(xiàn)在有了更多的太陽能替代品，而不僅僅是標(biāo)準(zhǔn)太陽能組件。

從2021年到2035年，全球有機(jī)太陽電池市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)五倍，超過5億美元。有機(jī)太陽電池的發(fā)展?jié)摿捎^，這給企業(yè)帶來了很大希望。

原標(biāo)題：太陽能電池“顛覆者”！有望2023年規(guī)模化生產(chǎn)