瑞士開發低成本染料敏化太陽能電池

《每日科學》網站近日報道，瑞士洛桑理工大學的科學家凱文·西沃拉領導的研究小組正致力于利用豐富而廉價的氧化鐵（鐵銹）和水研發一種新型染料敏化太陽能電池（DSSC），以利用太陽能制備氫氣。雖然發表在最新出版的《自然光學》上的這項研究成果目前仍處于試驗階段，但它代表了科學家在氧化鐵和染料敏化二氧化鈦太陽能電池研究方面的新突破。

染料敏化太陽能電池是一種模仿光合作用原理的太陽能電池，主要由納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑和導電基底等幾部分組成。其因原材料豐富、成本低、工藝技術相對簡單，在規模化工業生產中具有較大優勢，對保護人類環境具有重要意義。

1991年，瑞士洛桑理工大學教授格蘭澤爾在染料敏化太陽能電池領域取得重大突破，成功研制出可利用水直接生產氫氣的太陽能電池。此后科學家們一直致力于研究低成本、高轉換率且能規模化生產的染料敏化太陽能電池。

通常研究人員多采用氧化鈦、氧化錫和氧化鋅等金屬氧化物作為納米多孔半導體薄膜，西沃拉研究小組所遵循的基本原理與格蘭澤爾相同，但采用氧化鐵作為半導體材料。其研制的設備是一種完全自備式控制，設備所產生的電子用于分解水分子，并將其重新組成為氧氣和氫氣。該研究小組人員利用光電化學技術致力于解決困擾氫氣制備的最關鍵問題--成本。

西沃拉說：“美國的一個研究小組已能將染料敏化太陽能電池的轉換效率提高到12.4%。盡管其在理論上前景很誘人，但該方法生產電池的成本太高，生產面積僅為10 cm2的電池，其成本就高達10 000美元。”因此，西沃拉研究小組一開始就給自己設定了一個目標，即僅采用價格低廉的材料和技術。

西沃拉指出，他們研制的設備中最昂貴的部分是玻璃面板。目前新設備的轉換效率依然較低，僅為1.4%～3.6%，但該技術潛力很大。研究小組還致力于研制一種簡易便捷的制作工藝，比如利用浸泡或擦涂的方式制作半導體薄膜。西沃拉說：“我們希望未來幾年內將轉化效率提高到10%左右，生產成本降為每平方米80美元以下。如果能實現此目標，就能較傳統的制氫方法更具競爭力。”

西沃拉預計，采用氧化鐵作為半導體材料的串聯電池技術，其轉換效率最終將能夠達到16%，同時成本也將會很低廉，這是該技術的最大優勢。如果能夠以廉價的方式成功儲存太陽能，這項發明將能夠大幅度增加人類利用太陽能的力度，可成為利用可再生能源的一種可靠方式。