从12%到15% 向商用迈进

有机太阳能电池光电转化率创纪录

2018年04月26日19:14  来源:科技日报
 

科技日报北京4月25日电 (记者刘霞)据美国每日科学网站近日报道,美国密歇根大学科学家展示了光电转化效率高达15%的有机太阳能电池,新成果将进一步促进更柔性、更廉价太阳能电池的商用。

研究人员估计,如果有机太阳能电池的光电转化效率能够达到15%,且使用寿命达到20年,那么,其发电成本仅为每千瓦时7美分。而美国能源信息署的数据显示,2017年,美国的平均发电成本为每千瓦时10.5美分。

有机太阳能电池与传统的无机电池相比具有多项优势。硅基无机太阳能电池板制造成本高昂,但基于碳的有机太阳能电池可以廉价地制造成卷,这些卷足够薄,可在建筑物或服装内弯曲和扭曲,并可以制成任何颜色,甚至透明,从而与周围环境相匹配。

但有机太阳能电池的光电转化效率比较低,在与普通能源的竞争中只能甘拜下风。研究第一作者车小洲(音译)说:“过去几年,其光电转化效率一直徘徊在11%到12%左右。”

为了有所突破,研究人员集结了设计和工艺方面的多项进步。首先,他们设计了一个系统,该系统结合了专用层来吸收可见光和红外光。实质上,他们堆叠了两个有机太阳能电池——一个能吸收波长从350纳米开始的可见光谱中的光;另一个能吸收波长高达950纳米的近红外光。车小洲说:“电池本身的光电转化效率为10%到11%,当将它们堆叠在一起时,光吸收增加,此外,我们还使用了抗反射涂层,将效率提高到了15%。”该团队还证明,他们的新设计、材料和工艺制造的成品率高达95%以上,这对于将制造过程扩展到工业级非常重要。

研究人员相信,转化效率还可以进一步提高。车小洲解释说:“可以通过改善光吸收来增加电流,并最大限度地减少能量损失,从而提高电压。计算结果表明,此类设备的光电转化效率在不久的将来可达18%,有助太阳能成为真正无处不在的清洁能源。”

研究发表于最新一期《自然·能源》杂志上。

(责编:初梓瑞、庄红韬)