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Science 发文 | 17.3%!南开大学陈永胜团队刷新有机太阳能电池光电转化效率最高纪录
特斯拉 2018-08-11
导语

这一最新成果让有机太阳能电池距离产业化更近一步。

南开大学化学学院陈永胜教授领衔的团队在有机太阳能电池领域研究中获突破性进展。他们设计和制备的具有高效、宽光谱吸收特性的叠层有机太阳能电池材料和器件,实现了17.3%的光电转化效率,刷新了目前文献报道的有机/高分子太阳能电池光电转化效率的世界最高纪录。这一最新成果让有机太阳能电池距离产业化更近一步。

美国东部时间9日下午,介绍该研究的论文在线发表于国际顶级学术期刊《科学》(Science)上。

图:有机太阳能电池的柔性特征和本工作主要结果

▍有机太阳能电池产业前景可期

有机太阳能电池是解决环境污染、能源危机的有效途径之一,其在质轻、柔软、半透明、可大面积低成本印刷、环境友好等方面都远远优于传统太阳能电池,被认为是具有重大产业前景的新一代绿色能源技术。然而,实现高效率的太阳能电能转化是有机太阳能电池研究的核心难题。而这一难题能否解决也直接决定着有机太阳能电池能否走出实验室、走进人类的实际生产生活。

▍提高光电转化效率瓶颈何在?

近年来,虽然有机太阳能电池研究获得了迅猛发展,实现了14%~15%的光电转化效率,但仍远远落后于其它主要以无机材料(如硅)为主的太阳能电池转化效率。

“主要原因在于,有机高分子材料本身较低的载流子迁移率限制了活性层厚度,因此太阳光不能够获得充分和有效的利用。”陈永胜说。

▍叠层太阳能电池的优势

据介绍,叠层太阳能电池不仅可以克服上述难题,还可以充分发挥有机和高分子材料结构和性质优良的可调性特征,通过叠层电池中前后电池中活性材料互补的光吸收,更有效地利用太阳光,从而实现更高的能量转换效率。

▍17.3%!如何突破世界纪录?

陈永胜教授团队与中科院国家纳米科学中心丁黎明教授、华南理工大学叶轩立教授研究团队合作,首先利用半经验模型,从理论上预测了有机太阳能电池实际可以达到的最高效率和理想活性层材料的参数要求。在此基础上,他们以在可见光区域和近红外区域具有良好互补吸收的PBDB-T:F-M和PTB7-Th:O6T-4F:PC71BM分别作为前电池和后电池的活性层材料,采用成本低廉与工业化生产兼容的溶液加工方法制备得到了高效的有机太阳能垫层器件,获得了17.3%的验证效率。

该团队研究人员介绍,依据该工作提出的模型和设计原理,结合有机高分子材料结构的多样性和可调性,通过对材料和器件的进一步优化,非常有望获得和无机材料类似的能量转化效率,从而为有机太阳能电池的产业化提供有力技术支撑。

▍力争让有机太阳能电池早日走向实际应用

依据我们提出的半经验模型预测,有机太阳能电池(垫层)的最高转化效率理论上可以达到20%以上。本次工作中,我们同时也对电池的寿命进行了初步试验,发现166天实验后电池效率仅降低4%。未来,我们将继续设计新的材料,在进一步提高能量转化效率的同时,针对电池寿命问题进行系统的实验,争取让有机太阳能电池早日从实验室走向实际应用。”陈永胜说。

据了解,该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、天津市科委和南开大学的项目支持。

文章链接:

Lingxian Meng, et al, "Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency," Science  09 Aug 2018: eaat2612, DOI: 10.1126/science.aat2612

(本文来源:南开大学新闻网;)

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  • 有机太阳能
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作者 特斯拉

副研究员

中科院

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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