有机太阳能电池达到创纪录的效率

2018-12-27 10:47:33
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密歇根大学的研究人员已经证明,有机太阳能电池可以达到15%的效率,这使得更加灵活,廉价的太阳能电池具有商业可行性。

这种效率水平在目前市场上的许多太阳能电池板或光伏电池的范围内。

“有机光伏发电可能会降低太阳能系统的总成本,使太阳能成为真正无处不在的清洁能源,”Peter A. Franken杰出大学工程学教授和Paul G. Goebel工程学教授Stephen Forrest说。领导了这项工作。

研究人员估计,有效太阳能电池的效率为15%,寿命为20年,每千瓦时的成本低于7美分。相比之下,根据美国能源情报署的数据,2017年美国的平均电费为每千瓦时10.5美分。

有机太阳能电池将碳纳入其结构中,与传统的“无机”电池相比具有多种优势。硅基无机太阳能电池板制造成本高 - 由厚而坚硬的片材组成,需要固定的安装点。

但是,基于碳的有机太阳能电池可以廉价地制造成卷,其足够薄以在结构或衣服内弯曲和弯曲,并且制成任何颜色,甚至透明的,以融入其环境中。

尽管有这些优点,但有机太阳能电池缺乏与传统能源竞争所需的效率。

“在过去的几年里,有机光伏发电的效率大约在11%到12%之间,”应用物理项目的博士候选人,“ 自然能源”杂志上发表的一项新研究的第一作者肖潇说。

为了摆脱这种困境,研究人员将设计和工艺的多项进步结合起来。

首先,他们设计了一个系统,它结合了专门的层来吸收可见光和红外光。基本上它们堆叠了两个有机太阳能电池 - 一个能够吸收波长为350纳米的可见光谱,另一个能够吸收波长高达950纳米的近红外光。

“他们自己,细胞的效率达到10%到11%,”切说。“当我们将它们堆叠在一起时,我们可以增加光吸收,并使用抗反射涂层将效率提高到15%。”

堆叠细胞需要在过程中取得突破。该团队开发了互连层,可防止损坏第一个电池,并仍允许光和电荷通过。

“这被认为是一个困难的过程,因为处理顶部细胞所用的液体有可能溶解已经沉积在下面的层,”Che说。

最后,该团队证明他们的新设计,材料和工艺的制造产量高达95%以上。这意味着研究人员成功地创建了几乎所有没有短路的器件,并且对于将制造扩展到工业水平非常重要。

尽管创造了创纪录的效率,该团队相信他们可以进一步推动他们的进步。

“我们可以改善光吸收以增加电流,并最大限度地减少能量损失以增加电压,”Che说。“根据计算,这种类型的多结器件预计在不久的将来会有18%的效率。”

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