能源(yuan)問題(ti)困擾大眾已久，取之不盡用之不竭的太(tai)陽(yang)光(guang)成為最(zui)好的選擇(ze)，太(tai)陽(yang)能電池的未(wei)來市(shi)場極為廣泛。

是把太陽能(neng)(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)(dian)能(neng)(neng)的(de)(de)重要裝(zhuang)置，其光電(dian)(dian)轉(zhuan)化(hua)效率和(he)穩定性成(cheng)為(wei)業(ye)內關注的(de)(de)焦(jiao)點(dian)。日前，澳大(da)利亞(ya)昆士蘭大(da)學教授王連洲課(ke)題(ti)組基于近些年在太陽能(neng)(neng)電(dian)(dian)池、快充型儲能(neng)(neng)電(dian)(dian)池和(he)領域的(de)(de)新(xin)探索(suo)，在《儲能(neng)(neng)材(cai)料》上發表了一篇題(ti)為(wei)《柔(rou)性太陽能(neng)(neng)充電(dian)(dian)系統》的(de)(de)綜述。

在(zai)國(guo)內(nei)，中國(guo)科學院院士李永舫自2000年(nian)開始(shi)從事共軛高分(fen)子(zi)轉入有機聚(ju)合(he)(he)物太陽(yang)(yang)能(neng)電池的研究。他告訴《中國(guo)科學報》：“有機聚(ju)合(he)(he)物太陽(yang)(yang)能(neng)電池與(yu)傳統(tong)硅基太陽(yang)(yang)能(neng)電池相比，最(zui)大的特點是可以(yi)做成柔(rou)性和半透(tou)明，整體耗能(neng)低很多。”

尋找電池器件材料

20世(shi)紀50年代，太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)開始興起(qi)并發展至今，現在應用(yong)比較普遍的是硅基太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)。此(ci)外，還有無機半導體薄膜太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)、染料敏化(hua)太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)、鈣鈦礦太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)、有機聚(ju)合物太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)等。

李(li)永舫(fang)以(yi)硅基(ji)太陽(yang)能(neng)電池為例介紹道，硅基(ji)太陽(yang)能(neng)電池在生產過程中耗能(neng)較(jiao)高，尤其是原材料的支配(pei)，以(yi)及硅要達到99.9999%純(chun)化，這(zhe)個純(chun)化過程也(ye)需要耗能(neng)。

他說：“硅(gui)基太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)池(chi)要(yao)使用(yong)(yong)6～7年(nian)才能(neng)(neng)把生產過程中的耗能(neng)(neng)收回(hui)來，而有機聚(ju)合物(wu)太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)池(chi)的能(neng)(neng)耗大概(gai)一年(nian)左右就(jiu)可以收回(hui)，但存(cun)在穩定性問題，導致使用(yong)(yong)壽(shou)命不長，反觀硅(gui)基太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)池(chi)使用(yong)(yong)壽(shou)命可達20年(nian)。

不(bu)同太(tai)(tai)陽能電(dian)(dian)池結(jie)構不(bu)一樣，比如有機(ji)(ji)聚合(he)(he)物太(tai)(tai)陽能電(dian)(dian)池的(de)有機(ji)(ji)光敏帶由P型有機(ji)(ji)半導體(ti)(ti)（容易(yi)給出電(dian)(dian)子）構成的(de)給體(ti)(ti)、N型半導體(ti)(ti)（容易(yi)接收電(dian)(dian)子）構成的(de)受體(ti)(ti)組成，形成很薄的(de)柔性活性層(ceng)(ceng)，在外電(dian)(dian)路接通(tong)下產(chan)生光電(dian)(dian)流。鈣鈦礦(kuang)太(tai)(tai)陽能電(dian)(dian)池與(yu)有機(ji)(ji)聚合(he)(he)物太(tai)(tai)陽能電(dian)(dian)池類似，具有三明治(zhi)結(jie)構，主要的(de)不(bu)同在于光敏層(ceng)(ceng)，它(ta)是有機(ji)(ji)無(wu)機(ji)(ji)雜化構成的(de)鈣鈦礦(kuang)結(jie)構。

2017年，英國(guo)、意大(da)利、西班牙等7個國(guo)家的(de)(de)15家企業研究(jiu)(jiu)機(ji)構(gou)組成(cheng)歐洲Powerweave研發團隊，開(kai)展基于(yu)染料敏化纖(xian)維材(cai)料太陽能光伏電池(chi)技術(shu)(shu)和電能儲存纖(xian)維材(cai)料薄膜蓄電池(chi)技術(shu)(shu)的(de)(de)有機(ji)組合的(de)(de)原位集(ji)成(cheng)技術(shu)(shu)研究(jiu)(jiu)。

來自(zi)中(zhong)國科(ke)學院(yuan)寧波(bo)材料技術與工程研(yan)究(jiu)所研(yan)究(jiu)員葛(ge)子義團隊發現(xian)，當前大多(duo)數(shu)有(you)機太陽能電池(chi)的(de)(de)研(yan)究(jiu)結(jie)果都是基(ji)于(yu)剛性(xing)的(de)(de)氧化(hua)錫（ITO）玻璃基(ji)板。然(ran)而，ITO在塑料基(ji)板上存在導(dao)電性(xing)差和機械(xie)脆性(xing)等問題(ti)，另外ITO通(tong)常(chang)在高溫下(xia)通(tong)過(guo)真空濺(jian)射進行加工，這使得其價格昂(ang)貴，不利于(yu)采用大面積印刷和卷對卷來制備。

為此，葛子義團隊開發(fa)了低(di)溫酸處理(li)PEDOT/PSS電極(ji)替代需要高溫濺射且昂貴的(de)ITO電極(ji)。團隊稱(cheng)，這類全溶液加工的(de)柔性(xing)(xing)有(you)機太(tai)陽能電池非常符(fu)合卷對(dui)卷印刷(shua)和(he)刮涂等大面積制備(bei)工藝的(de)技術要求，為有(you)機太(tai)陽能電池低(di)成本柔性(xing)(xing)化制備(bei)提供了重(zhong)要的(de)參考途徑。

提升光電轉換效率

葛子義團隊利用(yong)全(quan)溶液加工技術，采用(yong)PBDB-T和IT-M非富勒(le)烯活性層，制(zhi)備(bei)了(le)全(quan)濕法(fa)加工非ITO的單結柔性有(you)機(ji)太陽(yang)能電(dian)池(chi)，電(dian)池(chi)的能量(liang)轉換效率達到10.12%。

2019年(nian)11月，陳永勝團隊在(zai)《自然—電(dian)子學(xue)》發(fa)表(biao)文(wen)章(zhang)，介紹(shao)了(le)團隊制備出同時(shi)具有(you)高(gao)導電(dian)、高(gao)透光且低表(biao)面粗(cu)糙(cao)度的銀納米線柔(rou)性(xing)透明(ming)電(dian)極，將(jiang)其用于構筑柔(rou)性(xing)有(you)機太陽能(neng)電(dian)池，與(yu)使用商業氧化(hua)銦錫玻璃電(dian)極的器(qi)件性(xing)能(neng)相當，光電(dian)轉化(hua)效率可達16.5%，刷新了(le)當時(shi)文(wen)獻報道的柔(rou)性(xing)有(you)機/高(gao)分子太陽能(neng)電(dian)池光電(dian)轉化(hua)效率的最高(gao)紀(ji)錄。

有機(ji)聚合物太(tai)陽能電(dian)池的研(yan)究興起(qi)于(yu)20世紀(ji)60年代(dai)，當時的轉換效(xiao)(xiao)率(lv)非常(chang)低。李永(yong)舫最開(kai)始研(yan)究有機(ji)聚合物太(tai)陽能電(dian)池時由(you)于(yu)條件(jian)不(bu)太(tai)好，效(xiao)(xiao)率(lv)也一直不(bu)高(gao)。2004年前后，李永(yong)舫團(tuan)隊開(kai)始思考(kao)如何提高(gao)材料的光(guang)電(dian)轉換效(xiao)(xiao)率(lv)。

“太陽能(neng)轉(zhuan)化成電(dian)能(neng)，首先要求光伏材(cai)料(liao)對光有較寬和強的(de)吸(xi)收，另外給(gei)(gei)體(ti)(ti)材(cai)料(liao)要有高(gao)(gao)的(de)空穴遷移率(lv)，受(shou)體(ti)(ti)材(cai)料(liao)要有高(gao)(gao)的(de)電(dian)子遷移率(lv)。”李永舫回憶道，“我們當年選(xuan)擇了富勒烯衍(yan)生(sheng)物受(shou)體(ti)(ti)，其電(dian)子遷移率(lv)較高(gao)(gao)，隨(sui)后我們的(de)關注點轉(zhuan)到(dao)給(gei)(gei)體(ti)(ti)材(cai)料(liao)。”

“我們那個時候就想到了共(gong)(gong)軛(e)側(ce)鏈(lian)這個概念。”李永(yong)舫解釋道(dao)，“由(you)于共(gong)(gong)軛(e)高峰的主(zhu)鏈(lian)傳(chuan)輸很快(kuai)，有(you)了共(gong)(gong)軛(e)側(ce)鏈(lian)就像(xiang)搭了座橋，使電(dian)荷在(zai)這條(tiao)共(gong)(gong)軛(e)側(ce)鏈(lian)上傳(chuan)輸也比較快(kuai)，提(ti)高空(kong)穴遷移(yi)率，進(jin)而提(ti)升光伏性能。”

近年來，提升材料(liao)光(guang)(guang)電(dian)(dian)轉化效率(lv)已成(cheng)為太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)的(de)主流研(yan)(yan)究方向(xiang)。南(nan)開(kai)大(da)學化學學院教(jiao)授陳永勝(sheng)在柔(rou)性(xing)(xing)透明(ming)電(dian)(dian)極與柔(rou)性(xing)(xing)有(you)機太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)領域研(yan)(yan)究中發現，獲(huo)(huo)得高性(xing)(xing)能的(de)柔(rou)性(xing)(xing)透明(ming)電(dian)(dian)極是(shi)(shi)研(yan)(yan)發高效柔(rou)性(xing)(xing)有(you)機光(guang)(guang)電(dian)(dian)器件(jian)的(de)前(qian)提，也(ye)是(shi)(shi)目前(qian)該領域的(de)核心(xin)難(nan)題。“因此，如何獲(huo)(huo)得同時具有(you)高導電(dian)(dian)、高透光(guang)(guang)、低表面粗糙度以及制(zhi)備方法簡單、綠(lv)色的(de)柔(rou)性(xing)(xing)透明(ming)電(dian)(dian)極，是(shi)(shi)一項(xiang)巨大(da)的(de)挑戰。”

多領域的潛在應用

王連洲團隊在綜述文章里指出，由于太陽光(guang)自身的(de)強度不穩定性(xing)(xing)以及(ji)間歇(xie)性(xing)(xing)，促使該領域的(de)科研人員進一步探(tan)索(suo)光(guang)伏能(neng)源生成與儲(chu)存的(de)集成系統，促進了太陽能(neng)充電儲(chu)能(neng)系統的(de)發展(zhan)。

南京工(gong)業大(da)學(xue)先進材料研究院教授陳永華告訴《中(zhong)國科學(xue)報》：“太陽(yang)能(neng)(neng)充電(dian)(dian)(dian)儲(chu)能(neng)(neng)系統比較適合應(ying)用于物聯網和(he)人機互動等領域，前(qian)(qian)提是(shi)需要(yao)提升光電(dian)(dian)(dian)轉換(huan)和(he)存儲(chu)效(xiao)率。”此前(qian)(qian)，陳永華團隊尋找并設(she)計(ji)出(chu)能(neng)(neng)夠穩(wen)定鈣(gai)鈦(tai)礦結構(gou)的有機胺分子，制備(bei)出(chu)的層狀(zhuang)鈣(gai)鈦(tai)礦太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池光電(dian)(dian)(dian)轉換(huan)效(xiao)率得(de)到(dao)明顯(xian)提升。

王(wang)連洲團隊表示，相比于傳統(tong)的(de)剛性器(qi)件，柔性薄(bo)(bo)膜太陽能(neng)電池因低(di)溫制備(bei)及易實現的(de)面板安(an)裝技術而大(da)大(da)降低(di)了(le)成本。此外，將柔性的(de)薄(bo)(bo)膜光伏系統(tong)與(yu)儲能(neng)系統(tong)結合起來(lai)，不僅可以實現便攜(xie)可穿戴設備(bei)的(de)無(wu)線充(chong)電，還可以極(ji)大(da)地提(ti)高電池的(de)工作(zuo)時長，實現更為廣泛、精(jing)細的(de)應用。

中(zhong)國科(ke)學院電(dian)(dian)工研(yan)(yan)究所(suo)副研(yan)(yan)究員原郭豐向(xiang)《中(zhong)國科(ke)學報》介紹道(dao)，柔性太陽(yang)能光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)(dian)與儲存一(yi)體(ti)化技術，具有明顯的表(biao)面(mian)結構(gou)(gou)適應性強(qiang)、易彎曲(qu)、重(zhong)量輕、無需(xu)額(e)外(wai)安裝(zhuang)費(fei)用(yong)(yong)等優勢，可(ke)靈活應用(yong)(yong)于服飾、戶外(wai)裝(zhuang)備、建筑物、交通運輸工具、電(dian)(dian)子設(she)備等需(xu)要(yao)遮陽(yang)及(ji)復雜結構(gou)(gou)的物體(ti)外(wai)表(biao)面(mian)，也可(ke)以(yi)作為光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)(dian)儲存一(yi)體(ti)化系統進(jin)行使用(yong)(yong)。

原(yuan)郭豐還(huan)指出(chu)：“柔性(xing)(xing)太(tai)陽能光(guang)伏發電與儲存一體化(hua)技術仍然面(mian)臨材料的制備及(ji)其(qi)穩(wen)定性(xing)(xing)、復雜條件(jian)下材料壽命(ming)、光(guang)電轉(zhuan)化(hua)效率、充放電效率、安全性(xing)(xing)以(yi)及(ji)成本等諸多問(wen)題。”

萊(lai)科斯（LAILX）致力于光伏檢測(ce)設(she)備的研發與(yu)生產，現有設(she)備包括 EL檢測(ce)系(xi)列，便攜式(shi)EL檢測(ce)儀(yi)，組串(chuan)式(shi)EL檢測(ce)儀(yi)，無人(ren)機EL測(ce)試儀(yi)，IV功(gong)率測(ce)試系(xi)列，便攜式(shi)IV測(ce)試儀(yi)，電(dian)能質(zhi)量分(fen)析儀(yi)，等相(xiang)關光伏電(dian)站(zhan)檢測(ce)設(she)備與(yu)光伏產線實(shi)驗(yan)室檢測(ce)設(she)備。