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非富勒烯有机太阳能电池或成为新一代太阳能电池!

来源:智物创新   更新时间:2018-09-06 08:46:42    

  导读

  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。

  背景

  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。

  如今,占主导地位的太阳能电池仍是以无机半导体为主要材料制成的,单晶硅、多晶硅和非晶硅系列的硅基太阳能电池的商业应用最为广泛。但是,传统的硅基无机太阳能电池具有制造成本昂贵、制造能耗大、污染高、工艺复杂等缺点。此外,传统的无机太阳能电池是笨重、刚性、易碎的,不便于运输以及灵活的安装使用。

  然而,新兴的有机太阳能电池(OSCs)的制造成本更低,制造工艺更简单,还具有轻量、柔性、超薄、透明等优势,便于运输以及灵活的部署。

  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。

  创新

  近日,韩国蔚山国立科技大学(UNIST)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。

  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。

  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(100纳米),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。”

  技术

  太阳能电池使用光学活性层将太阳能转化为电能。当这些活性层受到太阳光照射时,受激的电子从原子中逃逸,并在半导体中生成自由电子与空穴,而电子与空穴的运动可以提供电能。电子的转移被称为“通道一(Channel I)”,而空穴的运动被称为“通道二(Channel II)”

  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。”

  价值

  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。

  Yang 教授表示:“这项研究突出了综合考虑并优化‘电荷分离/输运’与‘相区尺寸’两个因素的重要性,从而实现了高性能的非富勒烯聚合物太阳能电池(NF-PSCs)。未来,我们将对高效有机太阳能电池的生产与商业化作出贡献。”

  Yang 教授还表示:“我们的研究展示了一种合成非富勒烯光学活性材料的新途径。我们希望为高效有机太阳能电池的生产与商业化作出进一步的贡献。”

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