日本廣島大學(xué)的研究人員將各種聚合物和分子半導(dǎo)體混合在一起作為光吸收材料，制造出一種能提高功率效率和發(fā)電量的太陽(yáng)能電池。這些類(lèi)型的太陽(yáng)能電池，被稱(chēng)為有機(jī)光伏（OPV），是當(dāng)光入射到它們的光吸收器上時(shí)產(chǎn)生電能的裝置。太陽(yáng)能電池的效率是通過(guò)比較產(chǎn)生的電能和入射到電池上的光的多少來(lái)決定的。這被稱(chēng)為“光子收獲”，即有多少光粒子被轉(zhuǎn)換成電流。太陽(yáng)能電池效率越高，其商業(yè)用途就越經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

高級(jí)科學(xué)與工程研究生院的研究小組只添加了少量的一種能吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)光的化合物，產(chǎn)生了比沒(méi)有這種化合物的版本效率高1.5倍的OPV。由于器件內(nèi)部的光干涉效應(yīng)，該化合物能夠提高吸收強(qiáng)度。該小組接著指出，如何分配這些燃料是進(jìn)一步提高發(fā)電效率的關(guān)鍵。

論文的通訊作者大阪義大郎（ItaruOsaka）在2020年11月發(fā)表在《大分子》雜志上，他說(shuō)：“向OPV電池中添加極少量的敏化材料，這種材料由我們先前開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體聚合物和其他材料組成。”。

“這導(dǎo)致光電流顯著增加，從而由于光干涉效應(yīng)產(chǎn)生的放大光子吸收而提高了功率轉(zhuǎn)換效率。關(guān)鍵是要使用一種非常特殊的聚合物，這種聚合物使我們能夠?yàn)镺PV電池提供非常厚的半導(dǎo)體層，與薄層相比，它顯著增強(qiáng)了光干擾效應(yīng)。”

至于未來(lái)的工作，大阪將目光投向推動(dòng)最先進(jìn)太陽(yáng)能電池的發(fā)展。

“我們的下一步是開(kāi)發(fā)出更好的半導(dǎo)體聚合物作為這類(lèi)OPV的主體材料，以及能夠在較長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域吸收更多光子的更好的敏化材料。這將使OPV電池實(shí)現(xiàn)世界上最高的效率。”

鈣鈦礦中添加有機(jī)顏料可提高電池穩(wěn)定性和效率

佛羅里達(dá)州的一個(gè)的研究小組正在研究將新舊材料混在一起的太陽(yáng)能電池。

化學(xué)教授BiwuMa和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)新的研究，表明如果你在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中添加一點(diǎn)已有的有機(jī)顏料，就會(huì)提高電池的穩(wěn)定性和效率。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《AngewandteChemie》雜志上。

“顏料豐富，成本低，而且堅(jiān)固，”馬云說(shuō)當(dāng)我們將它們與鈣鈦礦相結(jié)合時(shí)，我們可以產(chǎn)生新的高性能混合系統(tǒng)。它將舊的與新的結(jié)合在一起，它們共同創(chuàng)造出令人興奮的東西。”

馬在新一代太陽(yáng)能電池技術(shù)方面的研究一直專(zhuān)注于解決鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性問(wèn)題和挑戰(zhàn)。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種光伏電池，其包含鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物，最常見(jiàn)的是有機(jī)-無(wú)機(jī)鉛或鹵化錫基雜化材料，作為集光層。

在過(guò)去的十年里，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究突飛猛進(jìn)。2009年首次報(bào)道時(shí)，功率轉(zhuǎn)換效率約為4%，現(xiàn)在高達(dá)25%。然而，商業(yè)上的可行性也有缺點(diǎn)，比如材料容易快速降解。

全世界的研究人員一直在尋找這種完美的配方，使它們既穩(wěn)定又高效。

馬的研究小組用甲基銨碘化鉛做實(shí)驗(yàn)，在沒(méi)有顏料層的情況下，太陽(yáng)能電池的效率為18.9%。有了它，這個(gè)數(shù)字上升到了21.1%。研究小組還發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境條件下，加入色素層后，沒(méi)有封裝的細(xì)胞可以保持其初始效率的90%。

通過(guò)簡(jiǎn)單的溶液處理和熱退火添加一層不溶性色素也使細(xì)胞疏水，這意味著水不能停留在表面。

“我們相信，用低成本的顏料對(duì)這些電池進(jìn)行表面鈍化處理，對(duì)于提高電池的穩(wěn)定性和效率是一個(gè)非常有前途的方法，”馬說(shuō)。