ST日前公布一项先进研究计划,预期能降低运用太阳能电池发电的成本。主导这项计划的研发小组位于意大利的卡坦尼亚与那卜勒斯,他们将ST在纳米科技上的研发经验用来开发新的太阳能电池技术,并期望该技术的发电效果能与传统的发电技术,如燃烧石化燃料或核子反应器相媲美。
太阳能电池系统(Photovoltaic systems,简称太阳能电池)可以将太阳能转换为电能,然而,现有的太阳能电池技术主要是采用像硅这类的半导体材料,因此其制造成本相当高。因此尽管其燃料是源自于免费的太阳光,但近十年来,运用太阳光产生电能的发电方式,其整体成本仍远高于燃烧石化燃料的发电方法,以平均20年的标准太阳能电池寿命来计算,每年须摊销的成本。
据了解,采用半导体技术的太阳能电池具有极高的效能,其特色是经由输入的太阳能产生电能,到目前为止,太阳能电池技术进展有限,仅能增加少许效能或降低一点点制造成本。目前ST的研究结果己经能以降低少许效能,即以减少10%效能取代原有必须降低15~20%效能的方法,以大幅降低太阳能电池的制造成本。
ST的研发小组目前采用两种方法来开发太阳能电池。第一种是由瑞士联邦科技学院(Swiss Federal Institute of Technology)的教授Michael Graetzel于1990年发明类似光合作用的方法。第二种则是采用传统太阳能电池制造方法。
在一个传统的太阳能电池中,一种单一材料,例如硅,就能执行所有的三种必要功能,如吸收太阳光(将光子转换到电子与电洞中)、阻抗必须隔离电子与电洞的电场,以及将自由的载子(电子与电洞)传导到电池的集中接触区。为了同时高效地执行这三种任务,半导体材料必须具备非常高的纯度,这是为何采用硅的太阳能电池成本如此昂贵,以致于无法和传统电池竞争的主要原因。
相对地,Graetzel所发明的电池(Dye-Sensitized Solar Cell,DSSC)则能模仿植物将太阳光转换为能源的光合作用机制,每种功能都能透过不同的物质来执行。DSSC电池使用一种有机染料(感光物质)来吸收光线,并产生成对的电子电洞、一个奈米孔洞金属氧化层(大表面面积)来传送电子,以及电洞传送物质,正常情况下,此物质为液态电解液。
ST微型燃料电池技术研发组的负责人Salvo Coffa表示:“一种最令人兴奋的方法,是我们正在研究如何取代液态电解液,电解液被大量使用在当前通过导电聚合物的电洞传送方法中。这项研究可望在未来减少每瓦的发电成本,而这也是让太阳能发电商用化的关键。”
ST的研发小组同时也采用一种完全有机的方法开发低成本太阳能电池,这种方法是在两个电极之间,将电子受体(electron-acceptor)与电子供体(electron-donor)有机材料混合。这种混合的奈米结构是决定电池效能的重要关键,因为电子供体与电子受体材料必须在少于10nm的距离内密切接触。ST正计划以Fullerene(富勒烯,C60)作为电子受体材料；用有机铜化合物作为电子供体材料。
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