華威大學研究人員開發有機太陽能電池 可用于汽車曲面車身【圖】

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據外媒報道,研究人員發現,在太陽能電池中,可利用有機分子混合物,吸收陽光并將其轉換成電能。此外,這種電池還能應用于汽車車身等曲面。這一發現挑戰傳統觀念,有助于早日實現太陽

據外媒報道,研究人員發現,在太陽能電池中,可利用有機分子混合物,吸收陽光并將其轉換成電能。此外,這種電池還能應用于汽車車身等曲面。這一發現挑戰傳統觀念,有助于早日實現太陽能電池的商業化應用。

在基本的有機太陽能電池中,有機半導體薄膜夾在兩個電極之間。該薄膜將有機半導體層中產生的電荷提取到外部電路中。長期以來,人們一直認為,電極表面需要達到100%導電,才能最大限度地提取電荷。

英國華威大學(University of Warwick)的科學家們發現,在有機太陽能電池中,只要電極表面有1%的面積導電,就能充分發揮功效。因此,在電極與捕光有機半導體層之間的界面處,可以使用一系列復合材料,來改善器件性能和降低成本。化學系首席研究員Ross Hatton表示:“人們普遍認為,想要優化有機太陽能電池性能,需使電極和有機半導體之間的界面,達到面積最大化。我們對此提出質疑。”為了找到答案,研究人員研制出一種電極模型,對表面進行系統化改造。從中可以看出,即使電極表面99%都絕緣,只要導電區域距離不遠,其表現與表面100%導電時一樣。

在高性能有機太陽能電池中,電極和集光有機半導體層之間的界面處,設有額外的透明層。對于優化設備中的光分布和提高穩定性,這些透明層必不可少。當然,前提是必須將電荷傳導到電極上。這是一項艱巨的任務,因為能夠同時滿足所有要求的材料并不多。博士后研究員Dinesha Dabera解釋說:“從新發現中可以看出,絕緣體和導電納米顆粒復合材料,在這方面具有很大的應用潛力,比如碳納米管、石墨烯碎片或金屬納米顆粒。這些材料有助于提高設備性能,降低成本。目前,有機太陽能電池非常接近但沒有完全實現商業化,因此,如有任何技術,能進一步降低成本,同時提高性能,都有助于實現這一目標。”

有機太陽能電池不含毒元素,可在低溫下采用輥對輥式沉積(roll-to-roll deposition)加工。因此,這種電池更具有環保性,不僅碳足跡極低,而且能源回收時間短。Hatton說:“我們所要做的是,演示太陽能電池的設計方法,提供更廣泛的材料選擇,推動實現商業化。”

Hatton表示:“目前,人們對太陽能電池的需求迅速增長。這種電池可安裝于輕質、可調色柔性基板。傳統硅太陽能電池,很適合在太陽能農場和建筑物屋頂上,用于大規模發電。但是,它們很難滿足電動汽車的需求,也難以集成到建筑物的窗戶上,而這些已不再是小眾應用。有機太陽能電池可以安裝在這些曲面上,并且非常輕巧,又不占空間。這一發現或將推動新型柔性太陽能電池的發展,給設計者提供更多的材料選擇,以實現商業化應用。”

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