有機太陽能電池技術(shù)及市場展望_圖文

1、 第卷 第 期 件的壽命 。 近年 來 ， “ 涂布轉(zhuǎn)換型 ”方法 也引起 了人們 關(guān) 注 該 方法通 過用可溶于溶劑 的前驅(qū)體進行 涂布后 加熱 ，然后在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換成具有半導(dǎo)體 特性 的材料 。 三菱化學(xué)與 “ 中村活性碳簇項 目”合作 ，共 同開發(fā) 出了以聚 己基噻吩為有機半導(dǎo)體 、并結(jié)合 一 有 機 太 陽 能 的應(yīng) 用領(lǐng) 域 與現(xiàn)在通 常使用 的硅材料太 陽能 電池相 比 ，新 型有機太 陽能電池不僅生 產(chǎn)成本低 ，而且像有機 薄 膜一樣薄 、透 明 、能夠彎 曲 ，便于 制作 各種形狀 的 太 陽能 電池 ，可 以廣泛 應(yīng)用 在通訊 、建 筑 、交 通 、 照明等領(lǐng)域 。例如 ，用作

2、手 機太 陽能充 電電池 ；貼 在建 筑物玻璃幕墻 上 ，用于 室 內(nèi)供 電 ；甚 至可 以裝 在 商店 和居室 戶外 的遮 陽卷 簾棚上 ，既 可 以遮 陽 ， 又可 以供 電 。 不 過 ，截 止到 年 ，有 機太 陽能 電池 還沒有 正式商業(yè) 化生 產(chǎn) 。通 過 公 司和 公 司 的報道 ，總 結(jié) 了相 關(guān) 的應(yīng)用 領(lǐng) 域 。 公 司認為 ，有機 太 陽能 電池 的應(yīng)用 主要 會 集中在以下 個領(lǐng)域 ： 個人移動電話充電器 ； 使用富勒烯衍生 物作 為 型半導(dǎo)體 的涂布轉(zhuǎn)換 型有 機薄膜太陽能 電池。聚 己基 噻吩前 驅(qū)體可溶于溶 一 媒制成墨水 ，在涂布后進 行加熱 ，便 可在結(jié)構(gòu)上

3、轉(zhuǎn) 換成具 有半導(dǎo)體特性有 機材料。 目前 已獲得 的 轉(zhuǎn) 換效率 ，力爭 度達 到 ， 年 年度達 到 。該 研 究小 組 認 為 ，要想 使 轉(zhuǎn)換 效 率 達 到 ，需要采用 串聯(lián)結(jié)構(gòu) 。高分子 涂布型難 以嵌入 串聯(lián)結(jié)構(gòu)所需 要的層疊結(jié)構(gòu) ，而如果是涂布 轉(zhuǎn)換型 的話 ，通過在涂布后加熱便可形 成不溶 于溶媒 的層 ， 因此能夠制成層疊結(jié) 構(gòu) ，實現(xiàn) 串聯(lián) 結(jié)構(gòu)正是其 優(yōu)點 之一 。 小型家庭電子設(shè)備和移 動電子產(chǎn) 品附件 ； 太陽能光 電建筑 ，例如外墻 、窗戶等 ； 發(fā)電。 美 國西 北 大 學(xué) 采 用 （ 沖 激 光 沉 積 法 ） 脈 法 ，在正極 上涂布 了厚度僅數(shù) 納米至數(shù)

4、十納米 的氧 化鎳 （ 。其后 ，通過旋 轉(zhuǎn)涂 布法層 疊 了 ） 等半導(dǎo)體層 。氧化鎳層有望發(fā)揮 空穴輸送 和 電子攔 公 司根 據(jù)組 件效 率作 出預(yù)測 ，在這 些 領(lǐng)域 可能 最先 得到市 場應(yīng)用 。值 得特 別說 明的是 ， 公 司預(yù)測有 機太 陽能 電池最 先也會應(yīng)用 在一些特 殊 截 的作用 ，即半導(dǎo) 體層在光照下產(chǎn) 生的 電子 和空穴 中，將空穴高效輸送 至正極 ，同時攔截 電子 ，減 少 導(dǎo)致能量散失 的再結(jié)合。 通 過研 究厚度為 的氧化鎳層 發(fā) 現(xiàn)在 的領(lǐng)域 ，例如軍 用市場 。這些 都是 因為有機太 陽能 電池的效率較低且 發(fā) 電的成本 高 。而事 實上 ，研發(fā) 的情況也

5、正是如此 。 表 為有 機太 陽能 電池可 以憑借 自身材料和生 產(chǎn) 過程 的低成 本在 產(chǎn)業(yè)化 方 面取得 的優(yōu)勢 。然 而 ， 厚時效 果最佳 ，使 原來 的單元轉(zhuǎn)換 效率 提高到 了 一 。另外 ，開放 電壓 也提 高 了 成。 由于 自身 的能量轉(zhuǎn)換效 率太低 ，目前要在發(fā) 電領(lǐng)域 取得應(yīng)用 會 比較 困難 。因此 ，商 家期望在產(chǎn) 品化的 初期 ，可 以使 用在移動 電子設(shè)備 的充電器上或 軍事 表 有 機 太 陽 能 電 池 的 優(yōu) 缺 點 今后將在進一 步改善空穴輸送層 的同時 ，致力 于開發(fā)采用卷 對卷 印刷方法 的柔 性底板太 陽能電池 的量產(chǎn)技術(shù) 。 隨著產(chǎn)業(yè)化技術(shù) 的發(fā)

6、展和專利保 護的需要 也 優(yōu)點 缺 點 新 材料 設(shè) 計 合 成 方 便 目前 轉(zhuǎn) 化效 率 低 將 會有更多新技術(shù)被提 出來 。當(dāng)然 ，這 些技術(shù)必 須 以保證有機太陽能電池 的 良好性能為前提 。 器件 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ，溶 液 制備 工 藝 方 便 需 要 真 空蒸 鍍 金 屬 陰極 利 用 柔 性 襯 底 可 實現(xiàn) 卷 對 卷 生 產(chǎn) 感 光層 薄 膜 形 態(tài) 復(fù) 雜 可利 用 常 規(guī) 的 生 產(chǎn)設(shè) 備 生 產(chǎn) 常 規(guī) 有 機 電 子器 件 的綜 合 利 用 實 現(xiàn) 透 明 的 器件 魚 第卷 第 期 領(lǐng)域 。 司選擇 了有機 太 陽能 電池 的 個應(yīng) 公 發(fā)。以上的數(shù)據(jù)統(tǒng)計不包括染料

7、敏化太 陽能電池方面。 用領(lǐng)域 ，分別 為手機 、戶外 使用 、戶 內(nèi)使 用 ，并 且 對相關(guān)產(chǎn) 品進入 此 個 領(lǐng)域有 相 當(dāng)?shù)念A(yù)期 。值得 注 有機 太 陽 能 電池 的研發(fā) 和產(chǎn) 業(yè) 化現(xiàn) 狀 聚合物太 陽能 電池 有希望通 過新 的生產(chǎn)方 法來 降低 制作成 本 ，例 如通過 印刷 方法 。因此 ，通 過開 發(fā)設(shè)計 新 的共 軛聚合 物材料 來設(shè)計 出帶 隙更小 的材 料 ，進 而能夠 最大化 地提高 轉(zhuǎn)化效 率 ，從 而實 現(xiàn)商 業(yè) 化生產(chǎn) 的要求 是可 能 的。很 多 國家對有 機太 陽能 電池 給 予支 持 。 從 年開 始 ，美 國 公 司、荷蘭聚合物研究所 （ ） 、美 國的

8、其他研究所 、 歐洲 、 日本 都 在 積 極 地 進 行 實 驗 室 器 件 的研 發(fā) 。 年 月 ，以美 國能源部 （ ）為主 ，有 個 公 司參與 ，總投入 美 元進行 新型 太 陽能 電池相關(guān) 產(chǎn)業(yè)的研發(fā) 。 基 于該舉措 ，美 國科納 卡技 術(shù) （ ）公 司 也 計劃 在染 料 敏化 有機 太 陽能 電池 方面 進行 研 發(fā) ， 意 的是 ，公 司傾 向于 在 年商業(yè) 化 和 的可彎 曲有機太 陽能 電池組件 ，并希望在 年可 以生 產(chǎn) 出實用 化 的產(chǎn) 品 。 司的 首席 執(zhí)行 公 官 ，公 司首先將 把 注意力 主要 集 中 稱 在一 些合適 的市場 上 ，如傘 和 帳篷 ，然

9、后 當(dāng)轉(zhuǎn) 化效 率從 提 高 到 時再考 慮 其他 市場 。他 同時強 調(diào) ，他 希望在產(chǎn) 業(yè)化 的過程 中看 到有機太 陽能電池 相對于傳統(tǒng) 的太陽能電池有價格上 的優(yōu)勢 。 有 機 太 陽 能 電 池 專 利 分 析 年 月 ，本專利局通 過統(tǒng)計 申請人 的國 籍發(fā) 布 了專利在 全球 的分 布 情況 （ 一 年 的 數(shù) 據(jù) ） 。 日本 在晶體硅太 陽能 電池領(lǐng) 域 的專 利 圖 ） 擁 有 占有 絕對 的優(yōu) 勢 ，但 歐洲在 有機 太 陽能 電池 領(lǐng) 域 的專利擁 有 占有 較大優(yōu) 勢 。與 太 陽能 電池 相關(guān) 的 預(yù)計 年時 間投 入 美 元 ，其 中包 括對 有 機太 陽能 電池

10、 的研發(fā) 。 公司想通過該項 目實 現(xiàn)低 于 （，為 產(chǎn)生一 度 電所需 成本 ￥ ， 專 利 大約 有 份 ， 日本 占有 的份額 ，遠 遠 超過 歐洲 （ ）和 美 國 的份 額 （ 。 本 ） 并 計 劃在 可 以商品化 生產(chǎn) 年 的產(chǎn) 品。 目前 ，該公 司 已開 始量產(chǎn) 有機 薄膜 太 陽能 電 池 。該 公 司于 年 開 始 量 產(chǎn) 薄 膜 底 板 僅 厚 的有機 薄膜太 陽能 電池模 塊“ ” ， 制造 時采 用基 于卷對 卷及噴 墨方式 的 印刷 技術(shù) 。該 在硅 薄膜太 陽能 電池領(lǐng)域 的專利 占有超 過 ，在 晶體化合物半 導(dǎo)體太 陽能 電池 和薄膜 化合物 半導(dǎo) 體 太

11、陽能 電池領(lǐng) 域 的專 利 占有 超過 。 同時 ， 日本 在有 機半導(dǎo)體 太 陽能 電池領(lǐng)域 的專 利數(shù)量 占有 的份額 ，美 國 占有 的份額 ，歐洲 占有 的份 額 ，日本 的 占有優(yōu)勢 相對 較小 。因此 ，在有機 太 陽 公 司不 打算單獨 上市太 陽能 電池模 塊 。而是 銷售應(yīng) 用 有機薄膜太 陽能電池的產(chǎn)品。 年 月 在 日本 舉 行 的 “ 第 二屆 國際太陽能 電池展” ， 上 科納卡展出了利用卷對卷 方 式制造 的多種有機薄 膜太陽能 電池模塊 圖 （） ， 展 示了利用柔性特點封裝 于皮包 中、 或作為 電子紙 的 能 電池領(lǐng)域 ，日本 、美 國、歐洲 都在積 極地進

12、行研 。 “ 砒“愛 。 電源加 以利用 的試制 品 【 圖 （） 不過 上述現(xiàn) 在 已量產(chǎn) 的有 機太 陽能 電池性 能 及 壽命還較低 ，轉(zhuǎn)換效率估計 在 左 右。 年 月 ，美 國加利福 尼亞大學(xué) 洛杉磯分 校 瓣 翻 翰 （ ）的 實 驗研 究組 采用 旋轉(zhuǎn) 涂覆 法 制 圖 太 陽 能 電 池 相 關(guān) 專 利 的全 球 分 布 （ 年 ， 日本 專 利 局 ，統(tǒng) 計 專 利 申請 人 國籍 ） 作 了可彎 曲透 明的塑料 太 陽能 電池 平板后 ，成立 了 第卷 第 期 一 一 一 口 一 一 圖 公 司 的 大 面 積 （ ）有 機 太 陽 能 電 池 組件 及 該 組 件 的光

13、伏 特性 宣布 。在 今后幾年 內(nèi)將 投資 億 歐元 ，參與聯(lián)邦 教 研部開發(fā) 有機太 陽能 電池 的倡議 。聯(lián)邦 教研部也將 投入 萬歐元 支持這 一項 目。德 國美 因茨馬普 聚合物研究所 、弗 萊堡弗勞恩霍 夫太 陽能系統(tǒng)研究 所 和新材料研究 所 ，以及德 累斯 頓大學(xué)都參 與 了有 機 太陽能 電池 的研 究 ，研究 的重 點是合成具 有高效 光 吸收和 電轉(zhuǎn)換效果 的有機功 能材料 。 目前研 究 已 經(jīng)取得 了成功 ，并進入產(chǎn)品開發(fā)階段 。 圖 （）美 國科 納 卡技 術(shù) 公 司 在 “ 第 二 屆 國 際太 陽能 電池 展 ” 上 展 出的 該 公 司 制 造 的 有 機 英

14、國 風(fēng) 險 企 業(yè) ） 已從 （ 年 月起采 用卷對卷式 印刷技術(shù) 以 年 的規(guī)模 開始量產(chǎn)柔 性染料 敏化太 陽能 電池模塊 圖 （ ） 該公 司設(shè)想 的用途是手機及小型個人 電腦 的 。 薄膜 太 陽能 電 池模 塊 ； 利用 該 模 塊 試 制 的皮 包 。 （） 公 司 。最 近 該 公 司聯(lián) 合 芝 加 哥 大 學(xué) 的 組 共 同開發(fā) 出 了新 的窄帶 隙 電子給體 材 料 。該公 司利用該 材料多次研究 出了世界最好 水平 的有機太 陽能 電池 。 年 月 ， 公 司 在 國 美 材 料研 究 協(xié)會 ）會 議 上宣 布 研 發(fā) 出 的一 個新 器 件 便攜充 電器 ，產(chǎn) 品已于 年

15、上 市。充 電器 的價格 為 美元 ，銷售對 象為 電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 相對 滯后 的印度 、中國、非洲及南美等新興市場 。 日本 也 于 年 月 開 始供貨采用柔 性底板 的染 料敏化型太 陽能 電池模塊 的樣品 ，并計 劃在 年春季 以后采用卷對卷方式 （） 在 運 行 中 的生 產(chǎn) 線 （ 效面 積 具 有 有 ） 的轉(zhuǎn)化 效率 。該器 件 的填充 因子 高達 。經(jīng) （ 國國家能 美 源部研究實驗 室）鑒定 ，該 電池 的轉(zhuǎn) 化效率是 迄今 為止在有機太 陽能電池領(lǐng)域最高 的。該消息使 得有 機太 陽能 電池 的商業(yè) 化生產(chǎn)形式更 加樂觀 。與 此 同 時 ，經(jīng) 司 鑒 定 。該 公 司

16、展 示 的 大 面 積 公 （ ）組件轉(zhuǎn)化效率為 ， ， （ 短路 電流）為 （ 路 電壓 ）為 開 ，填 充 因 子 為 圖 。 德 國巴斯夫 、博世 、默克和 肖特 家大型企業(yè) 圖 已開 始 運轉(zhuǎn) 的有 機 太 陽能 電池 印刷 生 產(chǎn) 線 第 卷 第 期 以 的規(guī)模 實施 量 產(chǎn) 。該 公 司最初 鎖定 的用 年 途 是家電輔助 電源市場 。 英 特爾在從 事現(xiàn)行 太 陽能電池業(yè) 務(wù)的 同時 ，還 機 市 場 期 望 值 達 美 元 ，太 陽 能 光 電 建 筑 （ ）市場期望值 約為 美 元 ，軍工應(yīng) 用市場 期望值約為 美元 ，發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域 的市場期望值 在 年將達到 美元 。 在

17、該公 司主辦 的展會 上作 為新一代 技術(shù) 展示 了有機 太 陽能 電池 的試制 品 。雖然 并未公 布研 究細節(jié) 及成 果 但從解 說展板看 ，產(chǎn) 品為有機 太 陽能 電池 中也 由 型和 型有 機半導(dǎo) 體構(gòu) 成 的有 機薄 膜太 陽能 電 池 。材料 和體異質(zhì)結(jié) 構(gòu)造 （ 通過混 合 型半 導(dǎo)體和 型半 導(dǎo)體分 子形 成 的三維 結(jié)構(gòu) 造 ）為有 機薄 膜 太 陽能 電池 中的常見做法 ，但通 過改 進 電極 ，提 高 了特性 。 與有機 驅(qū)動 的顯示 器 及有 機 照 明等有 機 器件一樣 有機太 陽能 電池 的形 狀及外 觀 自由度 始 皂 口 凹 圖 市 場 收 入 高 ，通過使 用印刷技 術(shù) ，有 望大 幅降低加 工 成本 。 不 過 與其 他有機器 件一樣 ，有機 太 陽能 電池 也存 在 性能 及壽 命低 的瓶 頸 問題 。但 其 獨特 之 處在 于 ， 已有風(fēng)險企 業(yè)在開 拓在性 能及壽命 較低情 況下 也可 當(dāng)然 市場 的預(yù)期 收益還取 決于技術(shù) 和器件 性 能的進 步 ，當(dāng)技術(shù) 和性 能有 大 幅改進 時 ，市場 的收 益也會 大幅度增 長?，F(xiàn)在 ，有機太 陽能商機和 風(fēng)險 實 現(xiàn)的應(yīng) 用 ，并著手 實施量產(chǎn) 。 隨著性 能和壽命 的 不 斷改進 ，會