光伏產(chǎn)業(yè)作為可再生能源領(lǐng)域的生力軍，已成為江蘇增長(zhǎng)最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。然而，目前具有商業(yè)價(jià)值的硅基太陽能電池，其基礎(chǔ)材料多晶硅卻屬于高耗能和高污染產(chǎn)品。昨天，在2009南京市科協(xié)年會(huì)光伏材料與產(chǎn)業(yè)發(fā)展分會(huì)場(chǎng)，南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馮曉東教授透露，受光合作用啟發(fā)，專家們正準(zhǔn)備著手研制出一種與葉綠體結(jié)構(gòu)相似的新型電池———染料敏化太陽能電池，嘗試將光能轉(zhuǎn)化成電能，并且不會(huì)排放任何廢物，實(shí)現(xiàn)真正的“零排放”。

只要有太陽就有電

提到太陽能，大家都會(huì)說出它的優(yōu)點(diǎn)：清潔無污染、取之不盡等等。太陽每秒鐘到達(dá)地面的能量達(dá)80萬千瓦，如果將太陽光照射地球表面1個(gè)小時(shí)產(chǎn)生的所有能量聚積起來，就足以滿足人類整整一年的能源需求。葉綠體是綠色植物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)，能將太陽光轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，是最為有效的固定太陽光能的過程。染料敏化太陽能電池就是仿照植物葉綠素光合作用原理，嘗試將光能轉(zhuǎn)化成電能。

什么是染料敏化太陽能電池？馮曉東介紹說，染料敏化太陽能電池中所使用的有機(jī)染料，就如同樹葉中的葉綠素，在太陽光的照射下，會(huì)產(chǎn)生光生電子，納米氧化鈦電極就像集結(jié)電子的收集器，當(dāng)有外電路接通時(shí)，收集器中的電子就會(huì)通過外電路，跑到另外一極，形成電流。當(dāng)外電路沒有接通時(shí)，電子就聚集在納米氧化鈦上儲(chǔ)存起來，形成電壓。這種電池只要在光照下，就會(huì)源源不斷地產(chǎn)生電子，將光能直接轉(zhuǎn)化為太陽能。

長(zhǎng)得像塊“三明治”

“這種新型太陽能電池的結(jié)構(gòu)類似‘三明治’，中空是一層納米‘夾心’。”馮曉東說，光電轉(zhuǎn)化的玄機(jī)就藏在這層幾十微米厚的復(fù)合薄膜中。“夾心”中的染料充當(dāng)“捕光手”，納米二氧化鈦則是“光電轉(zhuǎn)換器”。但現(xiàn)在普遍存在的問題是光電轉(zhuǎn)化率太低。“太陽能的光譜很寬，但現(xiàn)在染料‘捕光手’的能力比較弱，只能吸收太陽能中的可見光，大量的紅外光等不能被吸收，這是很大的浪費(fèi)。”馮曉東介紹，為了讓染料盡可能多“吃”太陽光，科研人員別出心裁地撒了點(diǎn)“作料”——一種由納米熒光材料制成的量子點(diǎn)，讓不同波長(zhǎng)的陽光都能對(duì)上“捕光手”的“胃口”。只要不斷改進(jìn)“配方”，納米“夾心”的光電轉(zhuǎn)化效率就能一次次提高。隨著材料和器件結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，相信這種神奇“樹葉”的商業(yè)化前景非常樂觀。

陽光不太充足也沒關(guān)系

“染料敏化電池的最大吸引力在于廉價(jià)的原材料和簡(jiǎn)單的制作工藝。”馮曉東說，染料敏化電池的成本僅相當(dāng)于硅電池板的1／10。同時(shí)，它對(duì)光照條件要求不高，即便在陽光不太充足的室內(nèi)，其光電轉(zhuǎn)化率也不會(huì)受到太大影響。另外，它還有許多有趣用途。比如，用塑料替代玻璃“夾板”，就能制成可彎曲的柔性電池；將它做成顯示器，就可一邊發(fā)電，一邊發(fā)光，實(shí)現(xiàn)能源自給自足。