導讀
近日, 韓國蔚山國立科技大學的科研團隊成功地提出了一種新方法, 可以解決與有機太陽能電池中光學活性層厚度相關的問題. 這種新方法將促進工藝設計, 並進一步推進有機太陽能電池的商業化.
背景
太陽能具有清潔, 環保, 可再生, 易獲取, 低成本等諸多優勢, 是一種極具開發與利用價值的新能源, 並已得到極為廣泛的開發與利用. 然而, 太陽能電池是一種典型的太陽能利用方式, 它可以將太陽能轉化為電能並存儲起來.
如今, 佔主導地位的太陽能電池仍是以無機半導體為主要材料製成的, 單晶矽, 多晶矽和非晶矽系列的矽基太陽能電池的商業應用最為廣泛. 但是, 傳統的矽基無機太陽能電池具有製造成本昂貴, 製造能耗大, 汙染高, 工藝複雜等缺點. 此外, 傳統的無機太陽能電池是笨重, 剛性, 易碎的, 不便於運輸以及靈活的安裝使用.
然而, 新興的有機太陽能電池 (OSCs) 的製造成本更低, 製造工藝更簡單, 還具有輕量, 柔性, 超薄, 透明等優勢, 便於運輸以及靈活的部署.
儘管有機太陽能電池的優點很多, 然而其 '光電轉化效率' 一直無法與無機太陽能電池媲美. 然而可喜的是, 近年來, 有機太陽能電池光電轉化效率已增至10%以上, 達到了可商業化應用的水平. 但是, 光學活性層厚度增加會導致光電轉化效率降低, 因此需要更加複雜的製造工藝.
創新
近日, 韓國蔚山國立科技大學 (UNIST) 能源與化學工程學院的教授 Changduk Yang 及其領導的科研團隊成功地提出了一種新方法, 可以解決與有機太陽能電池中光學活性層厚度相關的問題.
在這項研究中, 科研團隊成功地使用位於光學活性層中的一種非富勒烯受體, 在有機太陽能電池中實現了12.01%的光電轉化效率. 更進一步說, 即使最大測量厚度在300納米的範圍內, 這種新的光學活性層仍保持了其初始的光電轉化效率. 這項研究將促進工藝設計, 並進一步推進有機太陽能電池的商業化.
Yang 教授表示: '現有的有機太陽能電池中的光學活性層非常薄 (100納米) , 因此根本沒有可能通過大面積印刷工藝處理. 即使最大測量厚度在300納米的範圍內, 這種新的光學活性層仍保持了其初始的效率. '
技術
太陽能電池使用光學活性層將太陽能轉化為電能. 當這些活性層受到太陽光照射時, 受激的電子從原子中逃逸, 並在半導體中生成自由電子與空穴, 而電子與空穴的運動可以提供電能. 電子的轉移被稱為 '通道一 (Channel I) ' , 而空穴的運動被稱為 '通道二 (Channel II) '
UNIST 化學工程與能源學院碩博連讀研究生 Sang Myeon Lee 表示: '由於活性薄層的光線吸收率低下, 富勒烯基太陽能電池只利用了Channel I. 然而, 新型太陽能電池同時利用了Channel I 與Channel II, 因此實現了高達12.01%的效率. '
價值
在這項研究中, Yang 教授已經解決了與有機太陽能電池中的光學活性層厚度相關的問題, 從而離實現大面積印刷工藝又更近了一步.
Yang 教授表示: '這項研究突出了綜合考慮並優化 '電荷分離/輸運' 與 '相區尺寸' 兩個因素的重要性, 從而實現了高性能的非富勒烯聚合物太陽能電池 (NF-PSCs) . 未來, 我們將對高效有機太陽能電池的生產與商業化作出貢獻. '
Yang 教授還表示: '我們的研究展示了一種合成非富勒烯光學活性材料的新途徑. 我們希望為高效有機太陽能電池的生產與商業化作出進一步的貢獻. '
