新型有機太陽能效率達 12%,突破光敏層難以印刷挑戰

作者 | 發布日期 2018 年 09 月 06 日 8:15 | 分類 太陽能 , 能源科技 , 電力儲存 follow us in feedly

太陽能技術進展一日千里,近日南韓蔚山科技大學除了將有機太陽能轉換效率提升至 12.01%,還成功解決電池光敏層(Photoactive layer)太薄難以印刷的挑戰,讓有機太陽能可透過大規模、低成本技術製造,加速太陽能發展。



有機太陽能電池具有柔軟可撓、低成本、可噴塗等優點,近幾十年來備受各國科學家關注,但該技術有一大挑戰,即是其光敏層厚度難以「拿捏」:光敏層太厚會減少光電轉換效率與輕便性,太薄又難以用低成本方式製造。蔚山科技大學教授 Changduk Yang 表示,目前有機太陽能電池光敏層厚度約為 100 奈米,很難用低成本、可大規模製造的印刷技術來製造。

為了在不影響光電轉換效率之下提升光敏層厚度,該團隊用非富勒烯受體(non-fullerene acceptors,NFAs,也有人簡稱 IDIC)來打造有機太陽能的光敏層,進一步將光電轉換效率提升至 12.01%,且即使厚度增加到 300 奈米,光電轉換效率也不會下降。

光敏層可說是太陽能電池的命脈,負責將太陽光轉變成電能。為了產生電流,電池吸收光子時會產生電子電洞對,並透過「電荷分離」來分開帶正電的電子與帶負電的電洞粒子,讓這些粒子抵達電極來發電,而電子與電洞傳遞路徑不一,若以道路來作為比喻的話,電子的傳遞路徑為「通道 I」,電洞則是「通道 II」。

研究員 Sang Myeon Lee 指出,由於傳統富勒烯太陽能電池光吸收效率不佳,以往電子只能透過單一路徑傳遞,但新型有機太陽能電池可同時利用「通道 I」與「通道 II」,大大提升有機太陽能的轉換效率。

非富勒烯受體為有機太陽能技術突飛猛進的功臣之一,相較於傳統富勒烯材料,非富勒烯受體光吸收效果更好、能階變化更加多樣,更可減少近 50% 電荷分離造成的能量損失。

Yang 表示,這項研究成功最佳化電荷分離、電荷傳遞與解決光敏層厚度難題,有助於未來高效有機太陽能電池的生產與商業化。

若有機太陽能成功走出實驗室,太陽能應用範圍又會再更上一層樓。與傳統的矽晶太陽能電池相比,該技術不僅能透過低價材料與簡易印刷技術製造,還可以製成半透明、柔軟、可撓樣式,未來更有機會整合到建築物和車輛、甚至是衣服與織品中,對再生能源的發展可說是大有裨益。

目前該研究已發表在《Energy & Environmental Science》。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:蔚山科技大學