新型混合太阳能电池问世 可实现高功率高转换效率

日本广岛大学的研究人员将各种聚合物和分子半导体混合在一起作为光吸收剂，以制造出一种具有更高功率效率和发电量的太阳能电池。这些类型的太阳能电池，称为有机光伏（OPV），是当光入射到其光吸收器上时会发电的设备。

太阳能电池的效率是通过比较发电量和入射到电池上的光量来确定的。这被称为“光子收集”。太阳能电池效率越高，用于商业用途的电池越具有成本效益和实用性。

OPV电池的半导体层中材料分布的示意图。图片说明：ITIC有选择地位于PTzBT和PCBM域的界面，这导致有效的电荷载流子（光电流）生成。图片：广岛大学大阪伊塔鲁）

先进科学与工程研究生院的研究小组仅添加了少量吸收长波长光的化合物，从而使OPV的效率比没有该化合物的OPV高1.5倍。

由于器件内的光学干涉效应，该化合物能够增强吸收强度。该小组继续表明，如何分配它们是进一步提高发电效率的关键。

具有PTzBT/PCBM（二元系统）和PTzBT/PCBM/ITIC（敏化三元系统）的OPV电池的光响应光谱图像说明：ITIC作为敏化剂显示出与主体聚合物PTzBT相似的外部量子效率，尽管事实上只有将6wt％的ITIC添加到PTzBT/PCBM主体材料中。图片：广岛大学大阪伊塔鲁）

“在OPV电池中添加了非常少量的敏化剂材料，该材料由我们先前开发的半导体聚合物以及其他材料组成，”该论文的相应作者ItaruOsaka说，该论文发表在了Macromolecules上（“具有很小含量的利用光干涉的窄带隙第三组分的敏化三元共混聚合物太阳能电池”。

“这导致光电流显着增加，从而由于源自光学干涉效应的放大光子吸收而导致功率转换效率的显着提高。”关键是要使用一种非常特殊的聚合物，这种聚合物可以使我们的OPV电池具有非常厚的半导体层，与薄层相比，可以显着增强光学干涉效果。”

具有不同半导体层厚度的敏化三元OPV电池的模拟吸收分布。（a）约100nm的厚度，（b）约400nm的厚度。图像说明：半导体层（PTzBT/PCBM/ITIC）较厚时，ITIC具有三个“吸收点”，而当该层较薄时，ITIC具有三个“吸收点”。这源于增强的光学干涉。（图片：广岛大学大阪伊塔鲁）

至于未来的工作，大阪将目光投向了先进的太阳能电池领域。

“我们的下一步是开发更好的半导体聚合物作为这类OPV的主体材料，以及更好的敏化剂材料，它们可以在更长的波长区域吸收更多的光子。这将导致在OPV电池中实现世界上最高的效率。”