文/鄭煥斌

據(jù)《每日科學(xué)》網(wǎng)站2012年11月11日?qǐng)?bào)道，瑞士洛桑理工大學(xué)的科學(xué)家凱文·西沃拉領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正致力于利用豐富而廉價(jià)的氧化鐵（鐵銹）和水研發(fā)一種新型染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC），以利用太陽(yáng)能制備氫氣。雖然這項(xiàng)研究成果目前仍處于試驗(yàn)階段，但它代表了科學(xué)家在氧化鐵和染料敏化二氧化鈦太陽(yáng)能電池研究方面的新突破。

染料敏化太陽(yáng)能電池是一種模仿光合作用原理的太陽(yáng)能電池，主要由納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑和導(dǎo)電基底等幾部分組成。其因原材料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，在規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中具有較大優(yōu)勢(shì)，對(duì)保護(hù)人類環(huán)境具有重要意義。

1991年，瑞士洛桑理工大學(xué)教授格蘭澤爾在染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得重大突破，成功研制出可利用水直接生產(chǎn)氫氣的太陽(yáng)能電池。此后科學(xué)家們一直致力于研究低成本、高轉(zhuǎn)換率且能規(guī)模化生產(chǎn)的染料敏化太陽(yáng)能電池。

通常研究人員多采用氧化鈦、氧化錫和氧化鋅等金屬氧化物作為納米多孔半導(dǎo)體薄膜，西沃拉研究小組所遵循的基本原理與格蘭澤爾相同，但采用氧化鐵作為半導(dǎo)體材料。其研制的設(shè)備是一種完全自備式控制，設(shè)備所產(chǎn)生的電子用于分解水分子，并將其重新組成為氧氣和氫氣。該研究小組人員利用光電化學(xué)技術(shù)致力于解決困擾氫氣制備的最關(guān)鍵問(wèn)題——成本。

西沃拉說(shuō)：“美國(guó)的一個(gè)研究小組已能將染料敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率提高到12.4%。盡管其在理論上前景很誘人，但該方法生產(chǎn)電池的成本太高，生產(chǎn)面積僅為10平方厘米的電池，其成本就高達(dá)10000美元?！币虼?，西沃拉研究小組一開始就給自己設(shè)定了一個(gè)目標(biāo)，即僅采用價(jià)格低廉的材料和技術(shù)。

西沃拉指出，他們研制的設(shè)備中最昂貴的部分是玻璃面板。目前新設(shè)備的轉(zhuǎn)換效率依然較低，僅為1.4%至3.6%，但該技術(shù)潛力很大。研究小組還致力于研制一種簡(jiǎn)易便捷的制作工藝，比如利用浸泡或擦涂的方式制作半導(dǎo)體薄膜。西沃拉說(shuō)：“我們希望未來(lái)幾年內(nèi)將轉(zhuǎn)化效率提高到10%左右，生產(chǎn)成本降為每平方米80美元以下。如果能實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，就能較傳統(tǒng)的制氫方法更具競(jìng)爭(zhēng)力。”

西沃拉預(yù)計(jì)，采用氧化鐵作為半導(dǎo)體材料的串聯(lián)電池技術(shù)，其轉(zhuǎn)換效率最終將能夠達(dá)到16%，同時(shí)成本也將會(huì)很低廉，這是該技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)。如果能夠以廉價(jià)的方式成功儲(chǔ)存太陽(yáng)能，這項(xiàng)發(fā)明將能夠大幅度增加人類利用太陽(yáng)能的力度，可成為利用可再生能源的一種可靠方式。