太阳能电池“颠覆者”！有望2023年规模化生产

更少的空间、不断缩小的屋顶面积和不断增长的能耗正在推动太阳能领域的迭代创新，有机太阳电池(OSCs)就是其中之一。

这是薄膜太阳电池的一种先进创新形式。在有机太阳电池中，塑料板被用来代替后座，光伏材料与其他可弯曲基材被一起印在上面。这就是它们比硅太阳电池要轻得多的原因。

有机太阳电池的可用性、灵活性和重量轻受到广泛关注。然而，这种电池的一个主要缺点是效率较低，过去这些年几乎没有超过10%。

伴随着规模化生产，再加上这些有机太阳电池的多功能性提供了新的开发途径，这种情况在发生改变。如非富勒烯受体(NFA)的快速发展，小面积单结OSC的功率转换效率(PCE)已超过18%(器件面积约0.1cm²）。

如此，这样一种可以大规模生产的、薄而灵活的硅基太阳电池替代品有望使可再生能源在更多领域得以应用，如为室内智能设备供电等。除了在室内的效率外，有机太阳能电池更易与室内家具融合。它们也不含铅和其他对环境有害的化合物。

传统的太阳电池是由硅制成的，不能在室内使用。但是，这些有机电池的发电效率在室内使用时不会下降。

有机太阳电池，从边缘到前沿

2010年，美国佐治亚州理工学院的研究机构在提高光电设备性能方面展开了不同一般的研究。研究表明，使用压电材料可以提升光电设备的性能，即像太阳电池一样工作。

在这种背景下，日本立命馆大学的一个研究小组发明了一种薄膜柔性压电——光伏装置。这些太阳能光伏电池可以将给予室内光线的LED和紧凑型荧光灯的光线转换为电能。

这一装置薄如纸，长度仅为10毫米，通过ZnMgO薄层分层形成。ZnMgO和硒(Se)是用于这些薄膜的主要原材料，这也是这些PET塑料薄膜具有灵活性的原因。这种薄膜的主要优点是，它可以很容易的吸收室内环境光线。由于薄而灵活，这些设备所需的空间较小，可以以各种形式使用。

组件大规模生产指日可待

一家德国初创公司Heliatek计划最快在今年开始大规模生产有机太阳光伏电池。日本公司理光计划从2023财年开始小规模生产这类电池。

业内人士称，每平方米的有机电池重量不足2kg，明年将降至不足1kg。

有机太阳光伏电池先驱、瑞典的Epishine公司预计将在今年12月向市场推出公司的组件。它们的转换效率为13%，寿命约为10年。这家初创公司表示，这些组件可用于温度和湿度控制、读卡器和火灾警报器。

日本电子企业预计会在下一个财年产生100平方米的有机太阳电池，这足以为约50000个微小的智能器具供电。

法国企业Dracula Technologies正在研究不依赖昂贵的稀土金属的薄膜状有机太阳电池。至2024年，公司预计将开始大规模生产。Dracula Technologies在2020年从个人投资者那里筹集了240万欧元启动资金。电池的外部转换效率可以达到13%，寿命可以达到10年。

在中国，今年5月，《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)以“Fluid Mechanics Inspired Sequential Blade-Coating for High-Performance Large-Area Organic Solar Modules”为题，在线报道了苏州大学李永舫院士团队的李耀文教授在活性层流体力学调控助力高效大面积有机太阳能组件方面取得的重要进展(Adv.Funct.Mater.,2022,DOI: 10.1002/adfm.202202011)。

     （a）基于RS-LBL策略的大面积OSC组件示意图；（b）相应OSC组件的J-V曲线；（c）在10×10 cm2的基板上，刮涂制备的有效面积为36cm2的组件照片；（d）已报道有效面积超过30cm。

      据介绍，本体异质结(BHJ)有机太阳电池因可溶液加工、质轻和本征柔性等优点引起了科研人员的广泛关注及研究后，取得了快速发展，目前光电转换效率已突破19%。

      继BIPV之后，这一太阳能行业的突破有可能成为这个时代的一场革命，消费者现在有了更多的太阳能替代品，而不仅仅是标准太阳能组件。

      从2021年到2035年，全球有机太阳电池市场预计将增长五倍，超过5亿美元。有机太阳电池的发展潜力可观，这给企业带来了很大希望。 

（文章来源：PV-Tech）