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反转聚合物太阳能电池的效率创造了世界记录

www64222com:2012-09-19      来源:      阅读次数:

反转聚合物太阳能电池的效率创造了世界记录

        许多年以来,研究者都在努力实现将聚合物基有机光生伏打太阳能电池的效率值提高到10%的目标,这个目标值被普遍认为是商业应用的阀值。目前,在一项新型研究中,来自广州华南理工大学的研究者构筑了一个倒转的OPV,它以被证实的9.2%的效率值创造了一个新的记录,这对于之前8.37%的最高效率记录值而言是一项极大的改善。这个研究小组希望这种新设计能够在不久的将来达到10%的效率值目标,他们跟休斯顿的Phillips 66和Solarmer(加利福尼亚州El Monte的一家光生伏打公司)在对这项设计进行商业化的过程中进行了合作。 “在我看来,10%的目标对于大批量生产而言不是必需的,5-8%对于这种新兴的光生伏打技术而言就已经足够了,”Hongbin Wu(他是华南理工大学的一名教授)告诉Phys.org,“10%是有机电子领域广为接受的一个数据,然而,由于OPVs能够通过一种非常廉价的方式进行生产,低一点的功率转换效率也可以。”
    尽管硅太阳能电池具有超过20%的效率,研究者强调OPV的低成本生产将会使它们跟更昂贵的硅电池产生竞争,然而,塑料基OPVs必须克服另一个问题,从而吸引更多的商业兴趣:较低的稳定性导致产生较短的使用周期,这个问题的部分原因是阴极,通常是由一种在空气中很容易产生氧化的反应性金属制成的,尽管封装阴极能够将这种降解最小化,研究者发现他们通过颠倒这种设备的构筑方式能够完全排除对这种反应性金属的需要。
在反转的电池中,电荷会以跟正常设备相反的方向从设备中发出,产生这种现象的原因是正极和负极(相应的吸收正电荷和负电荷)被颠倒了,对设备的构筑进行反转能够使研究者从更多的合适材料中制造阴极,在这种情况下,研究者使用了利用聚合物PFN进行修改过的氧化铟锡(ITO)。
   这种新型有机光生伏打太阳能电池的反转设备结构包含了一个夹在阳极和阴极之间的光敏层。由于反转的OPVs跟常规OPVs相比具有更长的使用周期,所以基本上来说它们达不到常规OPVs的效率,但是最近的研究颠覆了这种反转OPVs性能较差的观点,并证实了OPVs既能表现出良好的稳定性,又能表现出较高的效率。
    为了实现这种良好的性能,研究者利用了通常会被忽略的倒转的特性:对从太阳光谱中收集的光子进行独立控制的能力,这有助于吸收更多的光子,电池的光活性层(夹在两个电极之间)会吸收入射的光子和光生电荷载子,作为这些新型改善的结果,光敏层能够比常规结构收集更多的光子,因此,它能够产生更高的电流密度17.2 mA/cm2,而作为对比常规设备的电流密度是15.4 mA/cm2。“最为关键的是设备本身的结构,”Wu说道,“当共轭聚合物PFN被作为ITO基质和光敏层之间的夹层使用的时候,它能够提供电子萃取的欧姆接触并优化光子的收集。”更高的电流使设备实现了它的记录效率——这些被Newport Technology & Application中心的光生伏打实验室(位于加州的长滩市)进行了证实。
    就稳定性而言,测试展示了反转的OPVs在经过62天的运行之后仍然能够保持最初效率值的95%,而常规设备在经过10天的运行之后就会损失最初效率值的一半。作为一项补充,研究者还展示了这项设计有助于制造半透明的反转性PSCs——它能够被应用在窗户、窗帘和隐形的电子线路中。接下来,研究者计算出他们的新设计能够通过一些合理的改善达到10%的效率值,通过跟Phillips 66和Solarmer之间的合作,他们希望能够在明年将首个OPV产品投入到市场中。
   “我相信在实验室级别很快就会实现10%的效率值,”Wu说道,“我们会继续在所有方面(从一系列的材料系统到设备结构)对OPV的效率进行优化,当效率值能够符合进一步应用的需求的时候,我们将会对稳定性进行更深入的研究,同时,我们还会进行利用喷墨式打印、卷对卷印刷等技术进行低成本制造的研究。”

 

 

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