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有機(jī)太陽能電池效率創(chuàng)歷史新高,可滿足商業(yè)化要求

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1174次  |  2019年09月25日  

在一項(xiàng)使可商業(yè)化太陽能電池更柔韌更便宜的發(fā)展項(xiàng)目中,密歇根大學(xué)(UniversityofMichigan)的研究者們證實(shí),有機(jī)太陽能電池效率能夠達(dá)到15%。


該效率值與目前市場(chǎng)上多數(shù)太陽能電池與光伏電池相近。


“有機(jī)光伏電池有可能降低太陽能系統(tǒng)的總成本,使太陽能真正成為可普遍使用的清潔能源?!鳖I(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的教授史蒂芬·福里斯特(StephenForrest)說道。他曾被評(píng)為“PeterA.Franken”榮譽(yù)杰出工程大學(xué)教授,以及“PaulG.Goebel”榮譽(yù)工程學(xué)教授。


有機(jī)太陽能電池有15%的效率和20年的使用壽命,研究者們預(yù)計(jì)它的發(fā)電成本低于每千瓦時(shí)7美分。相比之下,根據(jù)美國(guó)能源信息管理局(U.S.EnergyInformationAdministration)的資料,2017年美國(guó)發(fā)電的平均成本為每千瓦時(shí)10.5美分。


有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)中包含了碳,以提供一些優(yōu)于傳統(tǒng)“無機(jī)”電池的性能。硅基無機(jī)太陽能電池由厚而堅(jiān)硬的板制成,需要固定安裝位點(diǎn),成本很高。


然而碳基有機(jī)太陽能電池制作成本很廉價(jià)。它足夠薄,能在特定的結(jié)構(gòu)或服裝中彎折和變形,并能制成任何顏色甚至透明,以融入到它所在的環(huán)境中。


盡管有這些優(yōu)勢(shì),有機(jī)太陽能電池的效率依然較低,無法與傳統(tǒng)能源相抗衡。


“最近幾年,有機(jī)光伏電池的效率停滯在11~12%?!睉?yīng)用物理學(xué)項(xiàng)目的博士在讀生XiaozhouChe說。他是《自然能源》雜志(NatureEnergy)上發(fā)表的一項(xiàng)新研究的第一作者。


為了打破僵局,研究者們?cè)谠O(shè)計(jì)和工藝流程上結(jié)合了多項(xiàng)前沿技術(shù)。


首先,他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)有著特殊層的系統(tǒng)來同時(shí)吸收可見光和紅外光。簡(jiǎn)單來說,他們堆疊了兩個(gè)有機(jī)太陽能電池——一個(gè)能夠吸收波長(zhǎng)350納米以上的可見光,另一個(gè)可以吸收波長(zhǎng)最高950納米的近紅外光。


“它們各自能達(dá)到10-11%的有效率?!盋he說,“當(dāng)我們把它們堆在一起,加上抗反射涂層,電池的吸光量增加了,電池效率攀升至15%?!?/p>

堆疊電池需要在工藝流程上有所突破。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了防止第一層電池被破壞的互連層,同時(shí)保證光和電荷依然能夠穿過它。


“因?yàn)橛脕硖幚眄攲与姵氐囊后w有可能溶解已經(jīng)放置在下層的電池,所以通常認(rèn)為這個(gè)工藝很有難度?!盋he說道。


最終,團(tuán)隊(duì)展示了他們有著超過95%的高成品率的新設(shè)計(jì)、原料和工藝流程。這意味著研究者們成功地制造了這些設(shè)備,并且?guī)缀鯖]有短路現(xiàn)象。此外,這對(duì)將該產(chǎn)品的制造流程擴(kuò)大到工業(yè)化水平至關(guān)重要。


盡管已經(jīng)創(chuàng)造了太陽能電池效率的記錄,但科研團(tuán)隊(duì)相信他們能夠更進(jìn)一步。


“我們能通過提高光吸收率來增大電流,并通過減少能量流失來增大電壓。”Che說,“根據(jù)推算,此類復(fù)合結(jié)構(gòu)電池設(shè)備的效率在不久的將來有望達(dá)到18%?!?/p>

本文摘自:環(huán)球科學(xué)


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