有機太陽能電池轉化效率獲突破 陸科學家刷新記錄

南開大學陳永勝教授團隊在有機太陽能電池研究領域獲重大突破,他們設計、製備的具有高效、寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池材料和器件,實現17.3%的光電轉化效率,刷新文獻的有機/高分子太陽能電池能量轉化效率的世界紀錄。這一成果讓有機太陽能電池距離產業化更近一步。

有機太陽能電池是解決環境污染、能源危機的有效途徑之一,其在質輕、柔軟、半透明、可大面積低成本印刷、環境友好等方面遠優於傳統太陽能電池,被認為是具有重大產業前景的新一代綠色能源技術。然而,如何提高光電轉換效率始終困擾著各國科學家,也直接決定著有機太陽能電池能否走出實驗室、走進人類生產生活。

近年來,有機太陽能電池研究發展快速,實現了14%-15%的光電轉化效率,但仍落後於其他以無機材料(如矽)為主的太陽能電池。主要由於有機高分子材料本身較低的載流子遷移率限制了活性層厚度,因此太陽光不能夠獲得有效利用。陳永勝說,疊層太陽能電池不僅可以克服上述難題,還可以充分發揮有機和高分子材料結構和性質優良的可調性特徵,通過疊層電池中前後電池裡活性材料互補的光吸收,更有效地利用太陽光,從而實現更高的能量轉換效率。

陳永勝教授團隊與中科院國家納米科學中心丁黎明教授、華南理工大學葉軒立教授研究團隊合作,利用半經驗模型,從理論上預測有機太陽能電池的最高效率(20%以上)和理想活性層材料的參數要求。在此基礎上,他們以在可見光區域和近紅外區域具有良好互補吸收的兩種材料分別作為前電池和後電池的活性層材料,採用成本低廉與工業化生產相容的溶液加工方法,製備了一種高效的有機太陽能器件,獲得了17.3%的驗證效率。

研究人員表示,依據該工作提出的模型和設計原理,結合有機高分子材料結構的多樣性和可調性,通過對材料和器件的進一步優化,非常有望獲得和無機材料類似的能量轉化效率,從而為有機太陽能電池的產業化提供有力技術支撐。

(旺報 )


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