非富勒烯有機(jī)太陽能電池或成為新一代太陽能電池！

導(dǎo)讀

近日，韓國蔚山國立科技大學(xué)的科研團(tuán)隊成功地提出了一種新方法，可以解決與有機(jī)太陽能電池中光學(xué)活性層厚度相關(guān)的問題。這種新方法將促進(jìn)工藝設(shè)計，并進(jìn)一步推進(jìn)有機(jī)太陽能電池的商業(yè)化。

背景

太陽能具有清潔、環(huán)保、可再生、易獲取、低成本等諸多優(yōu)勢，是一種極具開發(fā)與利用價值的新能源，并已得到極為廣泛的開發(fā)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(zhuǎn)化為電能并存儲起來。

如今，占主導(dǎo)地位的太陽能電池仍是以無機(jī)半導(dǎo)體為主要材料制成的，單晶硅、多晶硅和非晶硅系列的硅基太陽能電池的商業(yè)應(yīng)用最為廣泛。但是，傳統(tǒng)的硅基無機(jī)太陽能電池具有制造成本昂貴、制造能耗大、污染高、工藝復(fù)雜等缺點。此外，傳統(tǒng)的無機(jī)太陽能電池是笨重、剛性、易碎的，不便于運輸以及靈活的安裝使用。

然而，新興的有機(jī)太陽能電池(OSCs)的制造成本更低，制造工藝更簡單，還具有輕量、柔性、超薄、透明等優(yōu)勢，便于運輸以及靈活的部署。

盡管有機(jī)太陽能電池的優(yōu)點很多，然而其“光電轉(zhuǎn)化效率”一直無法與無機(jī)太陽能電池媲美。然而可喜的是，近年來，有機(jī)太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率已增至10%以上，達(dá)到了可商業(yè)化應(yīng)用的水平。但是，光學(xué)活性層厚度增加會導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化效率降低，因此需要更加復(fù)雜的制造工藝。

創(chuàng)新

近日，韓國蔚山國立科技大學(xué)(UNIST)能源與化學(xué)工程學(xué)院的教授 Changduk Yang 及其領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊成功地提出了一種新方法，可以解決與有機(jī)太陽能電池中光學(xué)活性層厚度相關(guān)的問題。

在這項研究中，科研團(tuán)隊成功地使用位于光學(xué)活性層中的一種非富勒烯受體，在有機(jī)太陽能電池中實現(xiàn)了12.01%的光電轉(zhuǎn)化效率。更進(jìn)一步說，即使最大測量厚度在300納米的范圍內(nèi)，這種新的光學(xué)活性層仍保持了其初始的光電轉(zhuǎn)化效率。這項研究將促進(jìn)工藝設(shè)計，并進(jìn)一步推進(jìn)有機(jī)太陽能電池的商業(yè)化。

Yang 教授表示：“現(xiàn)有的有機(jī)太陽能電池中的光學(xué)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納米的范圍內(nèi)，這種新的光學(xué)活性層仍保持了其初始的效率。”

技術(shù)

太陽能電池使用光學(xué)活性層將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)這些活性層受到太陽光照射時，受激的電子從原子中逃逸，并在半導(dǎo)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(zhuǎn)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(xué)工程與能源學(xué)院碩博連讀研究生 Sang Myeon Lee 表示：“由于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(xiàn)了高達(dá)12.01%的效率。”

價值

在這項研究中，Yang 教授已經(jīng)解決了與有機(jī)太陽能電池中的光學(xué)活性層厚度相關(guān)的問題，從而離實現(xiàn)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并優(yōu)化‘電荷分離/輸運’與‘相區(qū)尺寸’兩個因素的重要性，從而實現(xiàn)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(jī)太陽能電池的生產(chǎn)與商業(yè)化作出貢獻(xiàn)。”

Yang 教授還表示：“我們的研究展示了一種合成非富勒烯光學(xué)活性材料的新途徑。我們希望為高效有機(jī)太陽能電池的生產(chǎn)與商業(yè)化作出進(jìn)一步的貢獻(xiàn)。”