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导读

李耀文介绍说,尽管有机太阳能电池的能量转化效率与硅基、钙钛矿太阳能电池的效率仍有较大差距,然而,它在柔性和半透明器件方面独特的优势为其产业化提供了广阔的空间,有助于实现与硅基太阳能电池的互补、填补光伏市场在柔性和半透明器件方面的空缺。

永利皇宫app下载注册,UNIST 化学工程与能源学院硕博连读研究生 Sang Myeon Lee 表示:由于活性薄层的光线吸收率低下,富勒烯基太阳能电池只利用了Channel I。然而,新型太阳能电池同时利用了Channel I 与Channel II,因此实现了高达12.01%的效率。

目前,商品化的太阳能电池主要是以晶硅等无机半导体材料为活性层制备。但是,这种太阳能电池生产存在工艺复杂、成本高、原材料生产过程能耗大和污染重等弊端,同时,这类太阳能电池由于无机半导体本身的刚性结构,难以制备柔性器件。因此,制备成本低、效率高、柔性强、环境友好的新型有机太阳能电池,正成为各国科学家的目标。

近日,韩国蔚山国立科技大学的科研团队成功地提出了一种新方法,可以解决与有机太阳能电池中光学活性层厚度相关的问题。这种新方法将促进工艺设计,并进一步推进有机太阳能电池的商业化。

在人们的印象中,塑料是不导电的。但是,2000年诺贝尔化学奖获得者打破了这一常识。20世纪70年代,美国科学家Alan J. Heeger、Alan G. MacDiarmid和日本科学家Hideki Shirakawa发现,经过氧化或还原掺杂,一类共轭聚合物能够成为导体或半导体。

太阳能具有清洁、环保、可再生、易获取、低成本等诸多优势,是一种极具开发与利用价值的新能源,并已得到极为广泛的开发与利用。然而,太阳能电池是一种典型的太阳能利用方式,它可以将太阳能转化为电能并存储起来。

“十三五”战略性新兴产业发展规划以及国家发展改革委能源局新近发布的《能源技术革命创新行动计划》明确指出,将重点发展基于有机、钙钛矿半导体材料的太阳能电池。

在这项研究中,科研团队成功地使用位于光学活性层中的一种非富勒烯受体,在有机太阳能电池中实现了12.01%的光电转化效率。更进一步说,即使最大测量厚度在300纳米的范围内,这种新的光学活性层仍保持了其初始的光电转化效率。这项研究将促进工艺设计,并进一步推进有机太阳能电池的商业化。

接下来,研究人员发现,基于这种新型复合电极制备的柔性有机太阳能电池效率达到了12.07%,表现出了与基于玻璃基底制备的有机太阳能电池相当的效率。这也是目前报道的非铟锡氧化物柔性有机太阳能电池的最高效率。

近日,韩国蔚山国立科技大学能源与化学工程学院的教授 Changduk Yang 及其领导的科研团队成功地提出了一种新方法,可以解决与有机太阳能电池中光学活性层厚度相关的问题。

据介绍,基于银纳米线的导电薄膜不仅具有优良的机械性能,而且其光学和电学性能优异,成为极具应用前景的柔性透明电极材料。但是,粗糙度大、附着力弱,形貌不稳定等缺点依然限制了它在高性能柔性有机太阳能电池中的应用。

价值

有机太阳能电池的光活性层通常不仅具有较薄的厚度,而且其光学带隙通过对活性材料的化学剪裁可实现有效调控,从而拓展了有机太阳能电池在半透明和彩色电池领域的应用。

尽管有机太阳能电池的优点很多,然而其光电转化效率一直无法与无机太阳能电池媲美。然而可喜的是,近年来,有机太阳能电池光电转化效率已增至10%以上,达到了可商业化应用的水平。但是,光学活性层厚度增加会导致光电转化效率降低,因此需要更加复杂的制造工艺。

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Yang 教授表示:现有的有机太阳能电池中的光学活性层非常薄,因此根本没有可能通过大面积印刷工艺处理。即使最大测量厚度在300纳米的范围内,这种新的光学活性层仍保持了其初始的效率。

产业化指日可待

技术

他们进一步研究发现,银纳米线的掺入为导电聚合物薄膜提供了额外的电荷传输通道,可获得较高的电导率。测试结果表明,此新型复合柔性透明电极在可见光范围内的平均透过率得到了显著提升,最高透过率达到了86%。同时,面电阻降低,导电薄膜与基底之间也表现出了良好的贴合性和热稳定性。

创新

“有机太阳能电池是中国人引领的一个研究领域,我们一定要在中国率先实现柔性有机太阳能电池的产业化。”李永舫说。

背景

与以硅为代表的无机半导体材料相比,有机半导体具有成本低、材料多样性、功能可调、可柔性印刷制备等诸多优点。因此,有机太阳能电池的研究热度不断攀升。特别是近年来,有机太阳能电池的研究获得了突飞猛进的发展,其光电转化效率不断刷新。有机太阳能电池已经到了商业化的“黎明前夕”。

在这项研究中,Yang 教授已经解决了与有机太阳能电池中的光学活性层厚度相关的问题,从而离实现大面积印刷工艺又更近了一步。

塑料就是一种聚合物。聚合物要能够导电,其主链碳原子之间必须具有交替地以单键和双键结合的共轭结构,同时还必须经过掺杂处理:通过氧化或还原反应,其主链失去或获得电子,从而具有导电性。Alan J. Heeger等人通过研究发现,对共轭聚合物聚乙炔进行碘掺杂,聚乙炔能够表现出像金属一样的导电性。

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