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有機太陽能電池架構將會迎來性能突破

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年07月21日  

來自比利時研究中心Imec、Plextronics和Solvay的科學家創造了基于有機聚合物的單結太陽能電池架構,轉化效率達到6.9%。最終的器件集成在一個模塊里,是Imec大規模倒裝器件架構的研究成果,其中Plextronics提供有機聚合物,材料來自Solvay。最終的模塊采用了完整的架構,效率達到5%,采光面積為25平方厘米(圖1)。

有機VS硅太陽能電池

雖然有機太陽能電池已經存在了一段時間,但在硅光伏器件占據主導的場合下,它仍然是新鮮事物。很多業內人士認為隨著性能方面的問題不斷克服,有機電池將會是新的低成本替代方案且需求強烈。

有機光伏電池(OPVC)由感應有機聚合物構成,光吸收系數非常高。這意味著少量的材料就能夠吸收大量的光。這一點,以及OPVC顯著降低成本的優勢讓該材料成為極其可行同時具有吸引力的方案,至少看上去是這樣。OPVC自身的缺點在于效率和穩定性較低、壽命短以及有限的觸覺強度。

OPVC有兩種基本類型:單層和多層。最簡單的是單層OPVC,將聚合物包含在兩層導電金屬層中。多層電池將兩層不同的聚合物層放置在導電材料層中。

單層器件獨特的缺點包括的量子效率和轉換效率較低,分別在1%至0.1%之間。另外一個問題在于單層器件的導體間缺少電場力。

雙層OPVC克服了這些問題,但又有其自身的一些問題,例如聚合物的厚度就是主要問題。為了將電荷和載流子分開,聚合物的厚度必須和電荷的長度相當,在10nm左右。問題在于聚合物至少需要100nm才能有效的吸收光線。

倒裝架構才是可行方案

總的來說,有機光伏的工作壽命問題沒有得到重視。為了解決這個問題,以延長有機光伏電池壽命的倒裝架構開發出來了。

Imec的倒裝體異質結(invertedbulkheterojunction)架構可將單層和雙層拓撲的電池性能提升0.5%。架構采用了低帶隙p型聚合物,含有來自Plextronix的富勒烯。

在活躍層中采用了獨特的緩沖以改善并提升光管理,讓有機物和架構結合起來,穩定可靠地達到6.9%的轉化效率。這是迄今為止有機物材料最好的表現,也是倒裝架構最好的表現。

此外,倒裝器件架構還為其他有機物材料帶來了類似的性能提升。研究人員稱模塊的效率水平保證了其適合更大的規模擴充。

前景看好

基于之前的開發成果,依靠Imec創新的架構,有機太陽能電池的未來看來非常光明。

Imec的有機光伏團隊負責人TomAernouts表示,“隨著對材料和架構的進一步優化,例如引入包括不同聚合物層,每層捕獲不同光譜的多結架構,我們預計有機太陽能電池的壽命將達到10年,效率在2-3年內提升至10%。”

Solvay的可持續能源平臺經歷PatrickFrancoisse表示,“我們相信,當我們能夠提升效率和壽命,同時降低成本的情況下,有機光伏將在未來扮演更重要的角色。”

這很容易讓人將有機光伏現在的狀況和LED及固態照明領域的狀況做比較。LED廠商受制于技術,需要降低價格,而有機太陽能電池的研究人員也需要控制成本,同時改進技術。

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