據美國每日科學網站近日報道, 美國密西根大學科學家展示了光電轉化效率高達15%的有機太陽能電池, 新成果將進一步促進更柔性, 更廉價太陽能電池的商用.
研究人員估計, 如果有機太陽能電池的光電轉化效率能夠達到15%, 且使用壽命達到20年, 那麼, 其發電成本僅為每千瓦時7美分. 而美國能源資訊署的數據顯示, 2017年, 美國的平均發電成本為每千瓦時10.5美分.
有機太陽能電池與傳統的無機電池相比具有多項優勢. 矽基無機太陽能電池板製造成本高昂, 但基於碳的有機太陽能電池可以廉價地製造成卷, 這些卷足夠薄, 可在建築物或服裝內彎曲和扭曲, 並可以製成任何顏色, 甚至透明, 從而與周圍環境相匹配.
但有機太陽能電池的光電轉化效率比較低, 在與普通能源的競爭中只能甘拜下風. 研究第一作者車小洲 (音譯) 說: '過去幾年, 其光電轉化效率一直徘徊在11%到12%左右. '
為了有所突破, 研究人員集結了設計和工藝方面的多項進步. 首先, 他們設計了一個系統, 該系統結合了專用層來吸收可見光和紅外光. 實質上, 他們堆疊了兩個有機太陽能電池——一個能吸收波長從350納米開始的可見光譜中的光; 另一個能吸收波長高達950納米的近紅外光. 車小洲說: '電池本身的光電轉化效率為10%到11%, 當將它們堆疊在一起時, 光吸收增加, 此外, 我們還使用了抗反射塗層, 將效率提高到了15%. ' 該團隊還證明, 他們的新設計, 材料和工藝製造的成品率高達95%以上, 這對於將製造過程擴展到工業級非常重要.
研究人員相信, 轉化效率還可以進一步提高. 車小洲解釋說: '可以通過改善光吸收來增加電流, 並最大限度地減少能量損失, 從而提高電壓. 計算結果表明, 此類設備的光電轉化效率在不久的將來可達18%, 有助太陽能成為真正無處不在的清潔能源. '
研究發表於最新一期《自然·能源》雜誌上.
