串聯有機太陽能電池轉換效率提升至 15%,已達商業化標準

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 26 日 11:45 | 分類 光電科技 , 太陽能 , 材料 follow us in feedly

透過將電池串聯在一起,科學家現在已經能讓更便宜的有機太陽能電池轉換效率從 11% 提升至 15%,其中關鍵技術在於防止串連電池溶解的同時,還能提升吸收太陽光的能力。



有機太陽能電池意指全部或部份成分為有機物的太陽能電池,使用導電聚合物或小分子吸收光並轉移電荷,透過改變聚合物等分子長度與官能團改變有機分子能隙,有機物的摩爾消光係數很高,因此只要少量有機物就可以吸收大量的光。

和傳統無機矽晶太陽能電池相比,有機太陽能電池由於具大量製備、價格相對低廉,材地柔軟可撓曲等特性,在應用方面變得頗有前途,雖然它們同時也有能量轉換效率低、穩定性差等缺點尚待克服。

過去幾年,有機光伏電池的效率一直停留在 11~12% 左右,但最近來自美國密西根大學的研究人員開發出轉換效率可達 15% 的有機太陽能電池,使用壽命可達 20 年,已經達到商業化標準,目前市面上多數太陽能電池板效率都在這範圍內。

有機太陽能電池將能減少太陽能系統總成本,使太陽能逐步邁向更綠色的能源,研究人員估計,這類電池能以每千瓦小時 7 美分的成本製造電力,相比之下,據美國能源資訊管理局(Energy Information Administration,縮寫 EIA)資料顯示,美國平均電力成本為每千瓦時 10.5 美分。

團隊基本上是開發一個創新整合系統來吸收可見光與紅外光。分析其內部設計,研究人員堆疊了兩種有機太陽能電池,一個能從可見光譜波長 350nm 處開始吸收光,另一個則能吸收波長高達 950nm 的近紅外光,單一個電池本身效率確實只有 10~11%,但當兩個電池串聯在一起並加上抗反射塗層後,效率可提高到 15%。

堆疊電池是個困難的挑戰,因為用來處理頂部電池的液體會溶解底部電池的膜,團隊故另外開發相連層,在防止第一個電池損壞之際仍允許光與電荷通過。

透過提高光的吸收來增加電流,並將能量損失降至最低以增加電壓,研究第一作者 Xiaozhou Che 表示,根據計算,此種類型的串聯設備不久之後將帶來 18% 的轉換效率。新研究已發表在《自然-能源》(Nature Energy)期刊。

(首圖來源:密西根大學