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有機太陽能電池效率創歷史新高,可滿足商業化要求 |
(時間:2018-5-9 8:32:49) |
在一項使可商業化太陽能電池更柔韌更便宜的發展項目中,密歇根大學(University of Michigan)的研究者們證實,有機太陽能電池效率能夠達到15%。 該效率值與目前市場上多數太陽能電池與光伏電池相近。 “有機光伏電池有可能降低太陽能系統的總成本,使太陽能真正成為可普遍使用的清潔能源。”領導這項工作的教授史蒂芬·福里斯特(Stephen Forrest)說道。他曾被評為“Peter A. Franken”榮譽杰出工程大學教授,以及“Paul G. Goebel”榮譽工程學教授。 有機太陽能電池有15%的效率和20年的使用壽命,研究者們預計它的發電成本低于每千瓦時7美分。相比之下,根據美國能源信息管理局(U.S. Energy Information Administration)的資料,2017年美國發電的平均成本為每千瓦時10.5美分。 有機太陽能電池結構中包含了碳,以提供一些優于傳統“無機”電池的性能。硅基無機太陽能電池由厚而堅硬的板制成,需要固定安裝位點,成本很高。 然而碳基有機太陽能電池制作成本很廉價。它足夠薄,能在特定的結構或服裝中彎折和變形,并能制成任何顏色甚至透明,以融入到它所在的環境中。 盡管有這些優勢,有機太陽能電池的效率依然較低,無法與傳統能源相抗衡。 “最近幾年,有機光伏電池的效率停滯在11~12%。”應用物理學項目的博士在讀生Xiaozhou Che說。他是《自然能源》雜志(Nature Energy)上發表的一項新研究的第一作者。 為了打破僵局,研究者們在設計和工藝流程上結合了多項前沿技術。 首先,他們設計了一個有著特殊層的系統來同時吸收可見光和紅外光。簡單來說,他們堆疊了兩個有機太陽能電池——一個能夠吸收波長350納米以上的可見光,另一個可以吸收波長最高950納米的近紅外光。 “它們各自能達到10-11%的有效率。” Che說,“當我們把它們堆在一起,加上抗反射涂層,電池的吸光量增加了,電池效率攀升至15%。” 堆疊電池需要在工藝流程上有所突破。研究團隊發明了防止第一層電池被破壞的互連層,同時保證光和電荷依然能夠穿過它。 “因為用來處理頂層電池的液體有可能溶解已經放置在下層的電池,所以通常認為這個工藝很有難度。”Che說道。 最終,團隊展示了他們有著超過95%的高成品率的新設計、原料和工藝流程。這意味著研究者們成功地制造了這些設備,并且幾乎沒有短路現象。此外,這對將該產品的制造流程擴大到工業化水平至關重要。 盡管已經創造了太陽能電池效率的記錄,但科研團隊相信他們能夠更進一步。 “我們能通過提高光吸收率來增大電流,并通過減少能量流失來增大電壓。”Che說,“根據推算,此類復合結構電池設備的效率在不久的將來有望達到18%。”
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