1. 主流太阳能电池的技术瓶颈与染料敏化电池的技术优势
作为未来重要的可再生能源之一，目前主流的太阳能电池技术面临发电成本和“绿色”生产制造方式两方面的重大挑战。染料敏化电池(DSSC)具有能耗低、污染小，对环境友好的优点，使得DSSC技术表现出强大的商业应用价值和潜在的竞争力。本项目成果将为DSSC技术的实用和产业化奠定基础。
2. 染料敏化电池的技术特性与现存的主要技术问题
相比硅电池，DSSC采用了新的材料和结构，使得其制造工艺简单环保，且成本大大下降（仅为硅电池的十分之一）。目前小面积DSSC已实现约12%的最高转换效率，但大面积电池的单元转换效率存在效率显著降低和性能不稳定的问题。解决大面积电池的效率降低和性能不稳定的问题是DSSC技术商业化的前提，商业化的DSSC技术将能带来显著的经济效益。
根据电池单元不同类型，染料敏化电池的应用范围主要包括以下三个方面：
Ø 半透明式大面积DSSC应用：
n 建筑整合式光伏系统(BIPV) 和汽车电子系统
Ø 大面积薄膜DSSC应用
n 柔性，随身折迭式充电电源
Ø 大面积薄膜DSSC模块化应用
n 建筑整合式、远程电力供应
北京大学在高效大面积DSSC关键核心技术与工艺设备研发方面已取得突破性进展：
1. 通过优化改进DSSC单元结构，设计开发先进的封装集成技术，成功解决了大面积DSSC光电转换效率降低和性能不稳定的技术难题，在大面积DSSC样品中实现了稳定、可重复、转换效率7.7%的性能指标，转换效率接近小面积DSSC的值，并拥有稳定、可重复的单元模块性能。
2. 自主研发了可实现大面积DSSC集成制造的半自动化封装系统设备，为大面积DSSC的产业化应用奠定基础。
1. 基于商用的染料和电解质，采用优化电池结构和封装技术，通过使用自主设计研发的封装设备，制备了的40×40mm2大面积染料敏化电池（DSSC）样品，其具体的性能指标如下：
图1 40×40mm2大面积DSSC结构示意图
图2 封装制备的40×40mm2大面积DSSC样品实物照片，其转换效率达7.7%
图3采用不同结构封装制备的40×40mm2大面积DSSC样品实际测量的JSC-VOC曲线，其中样品C的转换效率达7.7%
表1采用不同结构封装制备的40×40mm2大面积DSSC样品的测量结果汇总
Type of Cell | Film thickness (um) | Jsc (mA/cm2) | Voc (V) | FF | η(%) |
Cell A | 2.4 | 5.0 | 0.71 | 0.57 | 2.02 |
Cell B | 7.2 | 14.3 | 0.68 | 0.57 | 5.54 |
Cell C | 12 | 16.5 | 0.73 | 0.64 | 7.71 |
Cell D | 16.8 | 14.0 | 0.71 | 0.63 | 6.26 |
Cell E | 21.6 | 6.3 | 0.71 | 0.60 | 2.68 |
2. 基于改进的封装技术和优化的电极结构技术需求，自主设计研发的大面积DSSC半自动封装设备系统。利用该设备系统，可批量制备出性能稳定的大面积DSSC样品。
图4 自主研发的大面积DSSC半自动化封装系统设备
1. 计划背景与目标
本项目基于北京大学在高效大面积DSSC关键核心技术与工艺设备研发方面的研究基础和积累，可与国内先进太阳能电池与制造设备企业合作，建立具有国际先进水平的研发中心。
2. 计划完成的技术指标
在3年内完成高效大面积DSSC规模化生产技术与关键配套技术的研发与转化，形成转换效率高于8%、面积大于1×1m2染料敏化太阳能电池及其配套设备的初步生产能力。
1. 项目所需投入
大面积电池制造所需材料的改进，结构优化
大面积电池制造所需的仪器设计，制造
可用于批量生产的大面积DSSC电池封装设备的设计制造
大面积电池的效率测试设备
大面积电池的可靠性测试设备
总计预计1千万元
2. 预计可产生经济效益5千万
七、合作形式
技术开发或技术转让
