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让效率获新突破的有机太阳能电池

钜大LARGE  |  点击量:281次  |  2018年11月26日  

摘要
该研究应用于于有机太阳能电池,它是以在聚合物的基础上开发的(简单一点来说就是塑料),一种相对新型的太阳能电池。

该研究应用于于有机太阳能电池,它是以在聚合物的基础上开发的(简单一点来说就是塑料),一种相对新型的太阳能电池。

这项突破的关键是北卡州立大学与中国科学院共同研制出的一种名为PBT-OP的低成本聚合物,这种新型聚合物是由两种现有的的单质材料及另外一种新型单质构成,这种单质材料的合成也相对容易(单质是完全相同的分子连接成长链形成的聚合物)。

这种新型聚合物使得有机太阳能电池中不再需要氟,从而降低了成本,PBT-OP虽然不含氟,但却有氟材料的优势,要掌握这种技术,你就要了解到太阳能电池由电子受体材料及电子供体材料构成,每一个都有其轨道。

要解决这一点,你需要做是人为开辟一条高效电子通道,在这高效电子通道上激子(当太阳能电池吸光时产生的能量粒子)在供体和受体的交界处尽可能快的高速运行,这样就意味着,你可以把传统有机太阳能电池中出现的能量损失降到最低。

有机太阳能电池让效率获新突破

碘化铜让钙钛矿太阳能电池更便宜

美国诺特丹大学的科学家日前发现一种廉价的无机材料,能够取代钙钛矿太阳能电池中昂贵的有机空穴导体,让这种高效的太阳能电池更加便宜。

钙钛矿太阳能电池是当今最有前途的几种光伏技术之一,其理论转化效率最高可达50%,为目前市场上太阳能电池转化效率的两倍,能大幅降低太阳能电池的使用成本,虽然钙钛矿材料相对便宜,但用其制造太阳能电池还需要用到一种名为spiro-OMeTAD的有机空穴导电聚合物,其市场价格是黄金的10倍以上。

新研究中,美国诺特丹大学的杰佛瑞·克里斯、雷蒙德·丰和普拉什特·卡玛特发现用碘化铜制成的无机空穴导电材料可以替代spiro-OMeTAD。克里斯说:“新发现的无机空穴导电材料比以往的可替代材料都便宜得多,有望进一步降低这种太阳能电池的制造成本。”

钙钛矿是一类具有特定晶体结构的材料,对太阳能电池的制造而言,这种结构具有天然优势:较高的电荷载体迁移率和较好的光线扩散性能,使光电转换过程中的能量损失极低。

虽然碘化铜能够充当钙钛矿太阳能电池中的空穴导体现在才被证明,但铜系导体之前就被认为能够在和量子点太阳能电池中充当重要角色,而最具吸引力的是它们优良的导电性能。碘化铜导体的导电率比spiro-OMeTAD高两个数量级,这使其能达到更高的填充系数,也决定了用其制成的太阳能电池具有更大的功率。

但目前的研究结果表明,包含碘化铜的钙钛矿太阳能电池,在转化效率上暂时不及原有技术。研究人员认为这可能与其较低的电压相关。这一点未来有通过降低其较高的重组率来弥补。

有机太阳能电池新进展高原植物帮助电池增能增寿

青海大学利用颜色较深的高原植物,从中提取植物色素用于提高电池效率的研究中,使得优化后的玫瑰花色素敏化电池的单色光光电转换效率提高了16.1%,电子寿命增加16.3%,电池电子收集率增长了51%,近日,专家组评价该成果具有先进性、实用性、环保性、经济性等特点,研究水平达到国际先进。

由于传统硅太阳能电池制作工艺复杂、生产成本高,从而限制了其大规模的推广应用;而有机太阳能材料和电池制备技术有望成为低成本制造的选择之一。为尽早获得实用的有机太阳能电池,青海大学科研工作者围绕低成本合成高原特有植物天然敏化剂、高效电荷转移和收集的纳米网络薄膜结构方面展开了研究。项目组针对青藏高原海拔高、紫外线照射时间长的地理特点,选取颜色较深的高原植物,从中提取植物色素用于电池中。

通过对其进行光电性能测试,发现含有花青素的染料敏化剂的敏化性能比较好。通过对含有大量花青素的玫瑰花进行研究,使得优化后的玫瑰花色素敏化电池单色光光电转换效率提高了16.1%,对应的单体开路电压达到了615mV。针对电池中电荷收集与转移率不高的缺陷,研究了不同的条件对纳米材料生长机理的影响,研究制备了电荷收集与转移率较高的氧化锌树枝状纳米线的网状结构与纳米棒阵列,使电子寿命增加16.3%,电子扩散距离减少34.4%。最后项目组利用上述研发的材料组装了并、串联两种结构的大面积有机太阳能电池,通过测试,串联结构的电池电子收集率增长了51%。

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