据美国每日科学网站近日报道, 美国密歇根大学科学家展示了光电转化效率高达15%的有机太阳能电池, 新成果将进一步促进更柔性, 更廉价太阳能电池的商用.
研究人员估计, 如果有机太阳能电池的光电转化效率能够达到15%, 且使用寿命达到20年, 那么, 其发电成本仅为每千瓦时7美分. 而美国能源信息署的数据显示, 2017年, 美国的平均发电成本为每千瓦时10.5美分.
有机太阳能电池与传统的无机电池相比具有多项优势. 硅基无机太阳能电池板制造成本高昂, 但基于碳的有机太阳能电池可以廉价地制造成卷, 这些卷足够薄, 可在建筑物或服装内弯曲和扭曲, 并可以制成任何颜色, 甚至透明, 从而与周围环境相匹配.
但有机太阳能电池的光电转化效率比较低, 在与普通能源的竞争中只能甘拜下风. 研究第一作者车小洲 (音译) 说: '过去几年, 其光电转化效率一直徘徊在11%到12%左右. '
为了有所突破, 研究人员集结了设计和工艺方面的多项进步. 首先, 他们设计了一个系统, 该系统结合了专用层来吸收可见光和红外光. 实质上, 他们堆叠了两个有机太阳能电池——一个能吸收波长从350纳米开始的可见光谱中的光; 另一个能吸收波长高达950纳米的近红外光. 车小洲说: '电池本身的光电转化效率为10%到11%, 当将它们堆叠在一起时, 光吸收增加, 此外, 我们还使用了抗反射涂层, 将效率提高到了15%. ' 该团队还证明, 他们的新设计, 材料和工艺制造的成品率高达95%以上, 这对于将制造过程扩展到工业级非常重要.
研究人员相信, 转化效率还可以进一步提高. 车小洲解释说: '可以通过改善光吸收来增加电流, 并最大限度地减少能量损失, 从而提高电压. 计算结果表明, 此类设备的光电转化效率在不久的将来可达18%, 有助太阳能成为真正无处不在的清洁能源. '
研究发表于最新一期《自然·能源》杂志上.
