有机太阳能电池进化出“新物种”


来源:中国科学报   时间:2019-04-11 12:26:16


iiRr'qࡊv颲oivM6ӽ�z%jqijtxzH*ڑ@z	Zzv光伏材料、大面积柔性有机太阳能电池的制备技术以及器件封装和稳定性研究,是当前实现柔性有机太阳能电池商业化应用的关键。

李耀文告诉记者,商业化的铟锡氧化物柔性透明电极由于易脆、耐弯折性能差、面电阻高、透光率低等缺点,限制了其在柔性有机太阳能电池中的应用。因此,发展具有优良机械弯曲性、低面电阻、高透光率的新型柔性透明电极显得尤为重要。

据介绍,基于银纳米线的导电薄膜不仅具有优良的机械性能,而且其光学和电学性能优异,成为极具应用前景的柔性透明电极材料。但是,粗糙度大、附着力弱,形貌不稳定等缺点依然限制了它在高性能柔性有机太阳能电池中的应用。

对此,李耀文等人采用醇溶性高导电性、高规整度的银纳米线,对透明导电聚合物掺杂,通过调控掺杂比例有效调控导电聚合物薄膜的透过率和导电性,并进一步与纳米压印的网格银柔性基底复合,构筑了新型复合柔性透明电极。

他们进一步研究发现,银纳米线的掺入为导电聚合物薄膜提供了额外的电荷传输通道,可获得较高的电导率。测试结果表明,此新型复合柔性透明电极在可见光范围内的平均透过率得到了显著提升,最高透过率达到了86%。同时,面电阻降低,导电薄膜与基底之间也表现出了良好的贴合性和热稳定性。

“这些特点有助于下一步制备高性能的柔性有机太阳能电池。”李耀文说。

接下来,研究人员发现,基于这种新型复合电极制备的柔性有机太阳能电池效率达到了12.07%,表现出了与基于玻璃基底制备的有机太阳能电池相当的效率(12.94%)。这也是目前报道的非铟锡氧化物柔性有机太阳能电池的最高效率。

产业化指日可待

“十三五”战略性新兴产业发展规划以及国家发展改革委能源局新近发布的《能源技术革命创新行动计划(2016—2030)》明确指出,将重点发展基于有机、钙钛矿半导体材料的太阳能电池。

李耀文介绍说,尽管有机太阳能电池的能量转化效率与硅基、钙钛矿太阳能电池的效率仍有较大差距,然而,它在柔性和半透明器件方面独特的优势为其产业化提供了广阔的空间,有助于实现与硅基太阳能电池的互补、填补光伏市场在柔性和半透明器件方面的空缺。

首先,有机太阳能电池光活性层所采用的有机/聚合物材料,使其在制备柔性有机太阳能电池方面具有先天的优势。

此外,有机太阳能电池的光活性层通常不仅具有较薄的厚度(100~300 nm),而且其光学带隙通过对活性材料的化学剪裁可实现有效调控,从而拓展了有机太阳能电池在半透明和彩色电池领域的应用。

“有机太阳能电池具有独特的轻质、半透明、多彩化、可弯曲以及可卷对卷大规模生产的特性,在未来的可穿戴能源设备、建筑光伏一体化、光伏帐篷和光伏大棚等领域的应用上将会大放异彩。”李耀文说,“因此,柔性、半透明有机太阳能电池的研究将成为一个热点。目前我国有很多课题组已从事相关内容的研究。在未来的几年内,我国在该领域应该会有更大的突破、会有很多科研成果出现。”

据了解,中科院院士、中科院化学研究所研究员、苏州大学教授李永舫已着手相关产业化布局,在江苏省产业技术研究院有机光电技术研究所成立了光伏中心。光伏中心已配备相关研发人员和设备,主要开展有机太阳能电池光伏材料的放大量合成,以及柔性有机太阳能电池的大面积制备和稳定性研究。

谈到柔性有机太阳能电池的产业化,李永舫对《中国科学报》说:“柔性有机太阳能电池的产业化需要一步一步向前推进。”他表示,首先是高效和低成本有机光伏材料的开发和放大合成,以及高性能柔性透明电极的开发和大面积制备;其次需要开展柔性器件的大面积制备工艺、器件稳定性以及封装材料和工艺的研究;最后需要与公司合作,制备柔性有机太阳能电池组件,并建立柔性有机太阳能电池生产线,实现柔性有机太阳能电池的大规模应用。

“有机太阳能电池是中国人引领的一个研究领域,我们一定要在中国率先实现柔性有机太阳能电池的产业化。”李永舫说。

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