与传统的硅太阳能电池不同,有机聚合物太阳能电池(PSC)可能永远不会覆盖兆瓦太阳能发电场的山坡。但是,这些轻巧,灵活的电池显示出为远程微波传感器,可穿戴技术和构成“物联网”的Wi-Fi连接设备提供太阳能的潜力。
PSC使用有机聚合物吸收光并将其转化为电能。虽然PSC无法与无机太阳能电池的耐用性或效率相匹配,但使用卷对卷生产批量生产无毒一次性太阳能电池板的潜力使其对其他应用具有吸引力。在本周发表在“可再生和可持续能源杂志”上的一篇论文中,俄亥俄州立大学的Paul Berger和Minjae Kim回顾了PSC技术的最新进展和仍然存在的挑战。
在过去二十年中,对PSC的研究迅速发展,产生了越来越多的出版物和专利。然而,这种新兴技术不太可能取代传统的无机太阳能电池。相反,Berger认为PSC是互补的。它们可以绕过高压输电线路,并为需要使用有毒电池的使用点设备提供电力。
例如,PSC可以简单地使用杂货店的顶灯为食品包装上的新鲜传感器供电。此外,它们可以超越商店库存控制,并与“智能厨房”相结合,以减少食物浪费和自动化杂货清单。“PSC具有灵活性,因为它们基本上都是塑料,所以你可以将它们放在背包,夹克甚至咖啡奶精上 - 这些东西都在使用的地方,”Berger说。“这是一种颠覆性的商业模式。”
聚合物可溶解在溶剂中,并使用经济实惠的卷对卷生产印刷到柔性背衬上,使该技术特别具有吸引力。“这台印刷机与用于印刷星期日报纸的印刷机没有什么不同,但是它不是三原色和黑色,而是打印太阳能电池,二极管和晶体管所需的四个或五个不同的层,”Berger说。长卷太阳能电池也开辟了新的应用,例如包裹车辆或覆盖建筑物外墙和窗户。然而,Berger提醒说,某些昂贵的PSC原材料,即氧化铟锡和富勒烯,已被证明具有挑战性,可能会限制近期的可负担性。
寿命是另一个问题,因为聚合物和活性金属阴极在暴露于水和氧气时会氧化。“它们倾向于相当快地降解,”伯杰说,因此必须封装太阳能电池以进行保护。这种封装在玻璃上非常有效,但在诸如薯片袋的柔性表面上更具挑战性。
在实验室中,PSC效率达到约13%,远远低于商用太阳能电池板的20%效率。使用P3HT的PSC:2002年推出的PCBM聚合物是标准的“主力”设计,效率约为3.5%。化学,几何学以及将多层堆叠在一起的串联太阳能电池的发展的最新进展使得这种更高的效率成为可能。
美国和欧洲的少数公司正致力于将可行的PSC推向市场。如果成功,那么PSC可以建立自己的利基,除了硅太阳能电池,为各种远程设备供电。