與傳統(tǒng)的晶硅太陽能電池相比，柔性太陽能電池，特別是柔性染料敏化太陽能電池、聚合物太陽能電池及新興的鈣鈦礦太陽能電池，可以運(yùn)用成熟的高速報(bào)紙印刷卷對(duì)卷技術(shù)，將半導(dǎo)體材料通過印刷的方式覆蓋在卷筒表面的導(dǎo)電塑料或不銹鋼箔片上。
結(jié)合納米技術(shù)的染料敏化太陽能電池、有機(jī)鈣鈦礦太陽能電池具有明顯的材料和器件組裝優(yōu)勢，是當(dāng)前國際上較主流的柔性太陽能電池。
要得到高性能的柔性染料敏化太陽能電池并推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化，要從以下幾個(gè)方面尋求突破。一方面是需要進(jìn)一步提高柔性染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。另一方面是進(jìn)一步降低電池的成本并實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷的大規(guī)模印刷制備。
近幾年來，鈣鈦礦太陽能電池的研究處于非常活躍的狀態(tài)。根據(jù)近年來快速更新的光電轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)25%的光電轉(zhuǎn)換效率離我們并不遙遠(yuǎn)。鈣鈦礦太陽能電池能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的制作并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，還有許多問題亟待解決。
首先，選擇合適的清潔有機(jī)金屬鹵化物來取代劇毒的含鉛有機(jī)金屬鹵化物。其次，要進(jìn)一步提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)的器件也是非常關(guān)鍵的一步。最后，只有解決了鈣鈦礦太陽能電池器件大面積均勻性和一致性等重要問題，才可以獲得大面積的高光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽能電池，使其接近產(chǎn)業(yè)化。
柔性太陽能電池作為太陽能產(chǎn)業(yè)的前沿代表，通過全球各研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的不斷努力，正以更多、更好、更廉價(jià)的方式進(jìn)入更廣闊的太陽能電池市場。柔性太陽能電池是現(xiàn)有商業(yè)太陽能電池最有潛力的競爭者。積極開展柔性太陽能電池研究對(duì)于搶占太陽能電池行業(yè)發(fā)展的先機(jī)，促進(jìn)太陽能電池技術(shù)的升級(jí)換代具有重要意義。從更高的層次上講，開展柔性太陽能電池研究并推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化，將使人類更廉價(jià)、更方便地獲得取之不盡、用之不竭的清潔能源，對(duì)于整個(gè)人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、提高綠色國內(nèi)生產(chǎn)總值、治污防霾都具有重要意義。
聚合物太陽能電池是近年來發(fā)展起來的一種新型太陽能電池，其核心是利用聚合物/有機(jī)光電材料將光能轉(zhuǎn)化成電能。這類電池具有質(zhì)量輕、制備工藝簡單及可通過低成本的印刷方式制備大面積柔性器件等突出優(yōu)點(diǎn);更為重要的是，人們通過分子設(shè)計(jì)合成新型半導(dǎo)體聚合物或有機(jī)分子、采用新的器件結(jié)構(gòu)或?qū)钚詫舆M(jìn)行特殊處理等方法可以很容易地提高器件的性能?；谶@些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，聚合物太陽能電池已經(jīng)成為世界各國科學(xué)界研究的熱點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)界開發(fā)、推廣的重點(diǎn)。
光電轉(zhuǎn)換效率是決定聚合物太陽能電池能否走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵參數(shù)，因此如何實(shí)現(xiàn)高的光電轉(zhuǎn)換效率成為該領(lǐng)域研究的核心問題。
在過去的十幾年里，聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)逐步從1%提高到10%以上。活性層材料的分子設(shè)計(jì)、形貌優(yōu)化及界面材料的開發(fā)、器件結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新是推動(dòng)聚合物太陽能電池領(lǐng)域快速發(fā)展的重要途徑。
獲得高性能聚合物太陽能電池的難點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)和合成性能更加優(yōu)越的活性層給體和受體光伏材料、調(diào)控和優(yōu)化活性層給體/受體共混形貌、選擇合適的電極界面修飾層材料、優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)及優(yōu)化光電轉(zhuǎn)換的各個(gè)基本物理過程。因此，探索和開發(fā)更高效的聚合物太陽能電池光伏材料和界面修飾層材料及器件制備工藝，是聚合物太陽能電池技術(shù)面向應(yīng)用的必經(jīng)之路。
(摘編自《中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·太陽電池科學(xué)技術(shù)》，該書由國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國科學(xué)院編，科學(xué)出版社出版。)
