華威大學(xué)研究人員開發(fā)有機太陽能電池 可用于汽車曲面車身
在基本的有機太陽能電池中，有機半導(dǎo)體薄膜夾在兩個電極之間。該薄膜將有機半導(dǎo)體層中產(chǎn)生的電荷提取到外部電路中。長期以來，人們一直認為，電極表面需要達到100%導(dǎo)電，才能最大限度地提取電荷。
英國華威大學(xué)（University of Warwick）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在有機太陽能電池中，只要電極表面有1%的面積導(dǎo)電，就能充分發(fā)揮功效。因此，在電極與捕光有機半導(dǎo)體層之間的界面處，可以使用一系列復(fù)合材料，來改善器件性能和降低成本。化學(xué)系首席研究員Ross Hatton表示：“人們普遍認為，想要優(yōu)化有機太陽能電池性能，需使電極和有機半導(dǎo)體之間的界面，達到面積最大化。我們對此提出質(zhì)疑。”為了找到答案，研究人員研制出一種電極模型，對表面進行系統(tǒng)化改造。從中可以看出，即使電極表面99%都絕緣，只要導(dǎo)電區(qū)域距離不遠，其表現(xiàn)與表面100%導(dǎo)電時一樣。
在高性能有機太陽能電池中，電極和集光有機半導(dǎo)體層之間的界面處，設(shè)有額外的透明層。對于優(yōu)化設(shè)備中的光分布和提高穩(wěn)定性，這些透明層必不可少。當(dāng)然，前提是必須將電荷傳導(dǎo)到電極上。這是一項艱巨的任務(wù)，因為能夠同時滿足所有要求的材料并不多。博士后研究員Dinesha Dabera解釋說：“從新發(fā)現(xiàn)中可以看出，絕緣體和導(dǎo)電納米顆粒復(fù)合材料，在這方面具有很大的應(yīng)用潛力，比如碳納米管、石墨烯碎片或金屬納米顆粒。這些材料有助于提高設(shè)備性能，降低成本。目前，有機太陽能電池非常接近但沒有完全實現(xiàn)商業(yè)化，因此，如有任何技術(shù)，能進一步降低成本，同時提高性能，都有助于實現(xiàn)這一目標(biāo)。”
有機太陽能電池不含毒元素，可在低溫下采用輥對輥式沉積（roll-to-roll deposition）加工。因此，這種電池更具有環(huán)保性，不僅碳足跡極低，而且能源回收時間短。Hatton說：“我們所要做的是，演示太陽能電池的設(shè)計方法，提供更廣泛的材料選擇，推動實現(xiàn)商業(yè)化。”
Hatton表示：“目前，人們對太陽能電池的需求迅速增長。這種電池可安裝于輕質(zhì)、可調(diào)色柔性基板。傳統(tǒng)硅太陽能電池，很適合在太陽能農(nóng)場和建筑物屋頂上，用于大規(guī)模發(fā)電。但是，它們很難滿足電動汽車的需求，也難以集成到建筑物的窗戶上，而這些已不再是小眾應(yīng)用。有機太陽能電池可以安裝在這些曲面上，并且非常輕巧，又不占空間。這一發(fā)現(xiàn)或?qū)⑼苿有滦腿嵝蕴柲茈姵氐陌l(fā)展，給設(shè)計者提供更多的材料選擇，以實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。”