有机太阳能电池在印刷机实验中获成功

    当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。而太阳能电池便是一个很好的应用。目前商业化生产的太阳能电池大多数都是以无机材料（例如高纯度硅）为原料制造的，这种无机原料太阳能电池造价昂贵，因而与其他一些能源发电比起来缺乏竞争力（例如煤炭发电）。而未来太阳能电池的主流发展方向强调的是更轻便、更灵活，最重要的是，更便宜。而一种新型的太阳能电池正好符合这种发展方向，那就是有机太阳能电池。因为这种电池将不再以无机材料作为原料，而是用有机材料取而代之。采用塑料等有机材料制成的新型太阳能电池将具备更为轻便灵活且价格便宜的特点，这使得它们可以被广泛应用于许多全新领域。

　　有机活性层的发电方式

    塑料太阳能电池采用了有机半导体，这将大大提高太阳能电池的能量转化效率，同时也降低了制造成本。目前这种有机材料制造的电池克服的最大问题就是提高能效，因为它采用了吸光材料。这种材料具有电荷分离和传输电荷等功能，并将它们以一种可控的形态“送到”太阳能电池的活性层中。

    与硅类似，有机光电（OPV）电池中的活性层也是由电子供体和电子接收体组成的。然后活性层再被阳极（铟锡氧化物）和阴极（铝）包围在中间。

    而这种电池的工作原理也并不复杂。当有光照射时会激发材料中的电子使它们从原有轨道（最高被占用分子轨道）进入激发态，留下一个正电荷。这个被激发的电子将会运动到活性层中，并进入电子接收体中的最低空余分子轨道。最后电子将运动到电池的阴极并通过外电路进行再结合，这样就形成了光电流。

    巧妙构造解决效率难题

    实际上，采用有机原料制成的太阳能电池能够提高能效的关键就在于它们具有低电容率的特性，所以电子在其中流动的距离相对无机太阳能电池较短。不过在其制造过程中也遇到了问题。为了使电子供体和接收体之间的电子传递更加高效，有机太阳能电池中这两者的厚度都要在10纳米左右。但是通常为了保证最大限度的吸收光，一般的有机材料厚度都要求大于100纳米。

    不过这一看似矛盾的问题可以通过优化活性层中的结构来解决。在制造过程中可以将电子供体和接收体分散排列从而扩大其面积，形成一个电子供体和接收体互相穿插的网状结构，这样既保证了对光的吸收同时也能保证其厚度不会影响电子传递效率。

    市场前景十分广阔

    当大多数新型太阳能电池还处在实验阶段，其能效却已被不断夸大的时候，有机材料太阳能电池能够降低发电成本的潜能已经被实实在在地发掘并开始为人们所用，因为这些有机材料的半导体可以被大量生产并灵活运用于各个领域。如今，世界各地的科学家和工程师们都在努力发展这一技术以更早达到商业化的目标。

    近日，来自澳大利亚联邦科学与工业研究组织的研究员们与一家印钞公司合作，成功进行了一次印刷实验。试验中印刷机以最高速率运转，可以达到每分钟印刷200米。假设效率为10%的话，该印刷机可以连续使用5个月，太阳能电池所产生的电能相当于一个百万千瓦的发电站。

    尽管具有诸多优势，低廉的发电成本也很有市场潜力，有机太阳能电池仍需要更多的投资和更进一步的发展才能投入市场供消费者们使用，特别是其稳定性问题还亟待解决。不过，这种电池所带来的美好前景将引领着人们走向更环保、更可持续的能源发展之路。（记者 王晓苏）