太阳能电池如何柔为美

柔性太阳能电池的一个重要应用领域是光伏建筑一体化，高柔性和轻质化使得它可以集成在窗户、屋顶、外墙或内墙上。此外，柔性太阳能电池还可以广泛应用于背包、帐篷、汽车、帆船甚至飞机上，为各种便携式电子及通信设备、交通工具提供轻便的清洁能源。

与传统的晶硅太阳能电池相比，柔性太阳能电池，特别是柔性染料敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池及新兴的钙钛矿太阳能电池，可以运用成熟的高速报纸印刷卷对卷技术，将半导体材料通过印刷的方式覆盖在卷筒表面的导电塑料或不锈钢箔片上。

结合纳米技术的染料敏化太阳能电池、有机钙钛矿太阳能电池具有明显的材料和器件组装优势，是当前国际上较主流的柔性太阳能电池。

要得到高性能的柔性染料敏化太阳能电池并推动其产业化，要从以下几个方面寻求突破。一方面是需要进一步提高柔性染料敏化太阳能电池的光电转换效率和稳定性。另一方面是进一步降低电池的成本并实现卷对卷的大规模印刷制备。

近几年来，钙钛矿太阳能电池的研究处于非常活跃的状态。根据近年来快速更新的光电转换效率纪录，实现25%的光电转换效率离我们并不遥远。钙钛矿太阳能电池能否实现大规模的制作并进入产业化，还有许多问题亟待解决。

首先，选择合适的清洁有机金属卤化物来取代剧毒的含铅有机金属卤化物。其次，要进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，设计新型结构的器件也是非常关键的一步。最后，只有解决了钙钛矿太阳能电池器件大面积均匀性和一致性等重要问题，才可以获得大面积的高光电转换效率的钙钛矿太阳能电池，使其接近产业化。

柔性太阳能电池作为太阳能产业的前沿代表，通过全球各研究机构和企业的不断努力，正以更多、更好、更廉价的方式进入更广阔的太阳能电池市场。柔性太阳能电池是现有商业太阳能电池最有潜力的竞争者。积极开展柔性太阳能电池研究对于抢占太阳能电池行业发展的先机，促进太阳能电池技术的升级换代具有重要意义。从更高的层次上讲，开展柔性太阳能电池研究并推动其产业化，将使人类更廉价、更方便地获得取之不尽、用之不竭的清洁能源，对于整个人类社会和经济的可持续发展、提高绿色国内生产总值、治污防霾都具有重要意义。

聚合物太阳能电池是近年来发展起来的一种新型太阳能电池，其核心是利用聚合物/有机光电材料将光能转化成电能。这类电池具有质量轻、制备工艺简单及可通过低成本的印刷方式制备大面积柔性器件等突出优点；更为重要的是，人们通过分子设计合成新型半导体聚合物或有机分子、采用新的器件结构或对活性层进行特殊处理等方法可以很容易地提高器件的性能。基于这些独特的优点，聚合物太阳能电池已经成为世界各国科学界研究的热点和产业界开发、推广的重点。

光电转换效率是决定聚合物太阳能电池能否走向实用的关键参数，因此如何实现高的光电转换效率成为该领域研究的核心问题。

在过去的十几年里，聚合物太阳能电池的光电转换效率已经逐步从1%提高到10%以上。活性层材料的分子设计、形貌优化及界面材料的开发、器件结构的创新是推动聚合物太阳能电池领域快速发展的重要途径。

获得高性能聚合物太阳能电池的难点在于：设计和合成性能更加优越的活性层给体和受体光伏材料、调控和优化活性层给体/受体共混形貌、选择合适的电极界面修饰层材料、优化器件结构及优化光电转换的各个基本物理过程。因此，探索和开发更高效的聚合物太阳能电池光伏材料和界面修饰层材料及器件制备工艺，是聚合物太阳能电池技术面向应用的必经之路。

（摘编自《中国学科发展战略·太阳电池科学技术》，该书由国家自然科学基金委员会、中国科学院编，科学出版社出版。）