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. '
