太陽(yáng)能作為一種清潔、可再生的能源而備受關(guān)注。日本金澤大學(xué)和加拿大金斯頓女王大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作研發(fā)出一種全有機(jī)太陽(yáng)能電池，不含有害金屬或金屬氧化物，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.7%，較此前研究有大幅提升。
金澤大學(xué)日前發(fā)布新聞公報(bào)介紹說(shuō)，當(dāng)前廣泛使用的硅基太陽(yáng)能電池板因含有害金屬，廢棄后處理成本較高。全有機(jī)太陽(yáng)能電池是全部由有機(jī)材料制成、不含有害金屬的太陽(yáng)能電池，可大幅降低環(huán)境成本，被認(rèn)為是能源領(lǐng)域有潛力的技術(shù)方向。但全有機(jī)太陽(yáng)能電池尚處于研究階段，目前光電轉(zhuǎn)換效率最高僅能達(dá)到約4%，遠(yuǎn)低于硅基太陽(yáng)能電池（效率可達(dá)27%）和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（效率可達(dá)26%）。此次，金澤大學(xué)領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，將全有機(jī)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率大幅提升至8.7%，標(biāo)志著全有機(jī)太陽(yáng)能電池向?qū)嵱没~進(jìn)一大步。
全有機(jī)太陽(yáng)能電池效率低下主要有兩方面原因。一是目前制備高導(dǎo)電性有機(jī)電極材料需要添加強(qiáng)酸或堿基，并用150攝氏度以上的高溫處理，易損傷電池的有機(jī)基板；二是在制造多層膜構(gòu)成的太陽(yáng)能電池器件過(guò)程中，很難做到逐層堆疊薄膜時(shí)不損傷下層結(jié)構(gòu)，尤其采用溶液工藝時(shí)，在形成上層過(guò)程中存在下層溶解或薄膜均勻性受損等風(fēng)險(xiǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)開(kāi)發(fā)新電極材料和使用新制作工藝克服上述難題。首先，團(tuán)隊(duì)以導(dǎo)電高分子聚合物PEDOT：PSS為基礎(chǔ)，研發(fā)出一種新型透明電極材料。這種材料表現(xiàn)出作為太陽(yáng)能電池電極足夠的導(dǎo)電性，它在80攝氏度溫度條件下就能制備，并且不需使用酸和堿基。團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)出“碳納米管電極層壓法”，先單獨(dú)制成電極再貼到器件上，避免了傳統(tǒng)溶液工藝損傷下層有機(jī)薄膜的風(fēng)險(xiǎn)。
相關(guān)成果已發(fā)表在美國(guó)《先進(jìn)功能材料》雜志上。公報(bào)說(shuō)，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在后續(xù)研究中進(jìn)一步提升有機(jī)電極的導(dǎo)電性和電池的光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)致力于研發(fā)更低成本的材料與制造工藝。如能實(shí)現(xiàn)新型全有機(jī)太陽(yáng)能電池的低成本化，這種應(yīng)用場(chǎng)景廣泛、易于回收的太陽(yáng)能電池將有望普及。
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