腦洞大開：批量打印薄膜光伏電池

　　據(jù)IEA統(tǒng)計，當前全球每年電量需求約為20000 TWh(1TWh=1000GWh，1GWh=1000MWh，1MWh=1000KWh)，而為滿足此需求，光電池需覆蓋近10萬 平方公里的面積(同冰島陸地面積相當)。因此，低價批量生產(chǎn)光電池對太陽能市場至關(guān)重要。而通過打印來批量生產(chǎn)薄膜光伏電池就是一個很好的思路。

　　這一思路來自《自然》雜志11月下旬的一篇文章。雖然當前薄膜光伏電池的效率、成本和穩(wěn)定性都有待提高，薄膜光伏電池的打印技術(shù)也遠未成熟，但文章唿吁科研人員和公司攜手找到克服這些弊端的方法，并提倡政府補貼，幫助薄膜光伏電池在太陽能市場中站穩(wěn)腳跟。

　　薄膜光伏電池

　　薄膜光伏電池厚度在幾納米到十幾微米之間。

　　傳統(tǒng)的光伏電池由晶體硅制作，厚度可達200微米，非常厚重而且造價高昂。薄膜光伏電池厚度在幾納米到十幾微米之間。它最早的廣泛運用出現(xiàn)在70年代。小塊的非晶體硅光伏電池被運用在我們今天依然熟悉的太陽能計算器。最近，薄膜光伏電池面積更大，并被投入更大規(guī)模的使用。當前市面上的薄膜光伏電池有4種碲化鎘電池(CdTe)，銅銦鎵硒化物電池(CIGS)，砷化鎵電池(GaAs)和非晶體硅電池。尚在研發(fā)的鈣鈦礦光伏電池是當前效率最高的(堪比傳統(tǒng)晶體硅光伏電池)，但是因為它在高濕度和溫度下的不穩(wěn)定性，鈣鈦礦光伏電池還未能進入市場?？傮w而言，薄膜光伏電池比傳統(tǒng)晶體硅電池相比要更靈活，輕盈，透明并且摩擦力小。

　　制造薄膜光伏電池僅需極少的材料，大大降低成本和二氧化碳排量。和傳統(tǒng)光伏電池相比，薄膜電池能在較差天氣里甚至室內(nèi)更好地發(fā)電。薄膜可做成半透明的粘附層貼到樓房的墻壁和窗戶上，也可貼在手機和手表里。

　　然而，目前全球90%的光伏電池都為傳統(tǒng)晶體硅光伏電池，而大部分的科研和投資也都在這一領(lǐng)域。這主要因為薄膜光伏電池在技術(shù)上還有極大難題需要克服:有些在制作中使用了重金屬等有害物質(zhì)，另一些則光電轉(zhuǎn)化率低且煺化迅速。

　　薄膜光伏電池的打印技術(shù)

　　2008年Konarka利用噴墨式打印機制作了第一個太陽能光伏電池。而在2011年，俄勒岡州立大學利用噴墨打印機制作了第一個薄膜銅銦鎵硒化物電池(CIGS)。在此之前，2009年二月份，莫納什大學與澳大利亞的安保印鈔國際合作，利用印刷鈔票所使用的高分子打印技術(shù)，成功制作了一批薄膜光伏電池。由此，我們開始談?wù)摰统杀镜嘏可a(chǎn)薄膜光伏電池的可能性。

　　但是，打印技術(shù)依然有著很大的發(fā)展空間。要在納米級精確地打印幾十米無縫隙的光伏電池并不簡單。大部分打印機尚不具備這樣的精準度。美國空軍研究實驗室的Santanu Bag博士解釋道，制作薄膜光伏電池關(guān)鍵要避免表面出現(xiàn)漏洞，因為它會阻止電流的流通，由此大大降低光伏電池的效率。現(xiàn)在投入研發(fā)的光伏電池打印技術(shù)繁多，但也各有各的弊病。例如，涂布印刷中的重復(fù)圖案間隙很難控制，而凹版印刷會損壞底層結(jié)構(gòu)，這樣打印出來的薄膜太陽能光伏電池效率只有正常情況下的一半不到。

　　無論是薄膜光伏電池，還是薄膜光伏電池的打印技術(shù)都有很長一條路要走?！蹲匀弧氛J為，這一新科技在市場中站穩(wěn)腳必須循序漸進，而政府的補貼也是至關(guān)重要的，像中國政府就在提高晶體硅太陽能產(chǎn)業(yè)的市場競爭力方面扮演了重要角色。