新型超薄有機太陽能電池:既高效又耐用

2020-12-03 環球創新智慧

導讀

據日本理化學研究所官網近日報導，該研究所研究人員與國際夥伴們合作，成功創造出一款既高效又耐用的超薄有機太陽能電池。

背景

有機太陽能電池不僅更環保，而且生產成本低，非常有望取代矽基傳統薄膜。

（圖片來源：MIT）

超薄的柔性太陽能電池特別引人注目，因為它們單位重量可提供的功率大，且適合各種應用，例如為可穿戴電子設備供電，作為軟體機器人中的傳感器與致動器。

有機光伏太陽能電池以及電池結構的原理圖（圖片來源：大阪大學）

然而，超薄的有機薄膜的效率相對較低，一般只有10%到12%的能量轉化率，明顯低於矽電池的能量轉換效率（可高達17%）。此外，在太陽光、熱和氧氣的影響下，超薄膜的性能也會迅速退化。因此，研究人員們正在嘗試創造「既節能又耐用」的超薄膜，然而二者往往難以權衡。

創新

近日，日本理化學研究所創新研究集群與日本理化學研究所新興物質科學中心的科學家們與東京大學、加州大學聖巴巴拉分校以及莫納什大學的國際夥伴們展開合作，成功創造出一款既高效又耐用的超薄有機太陽能電池。相關論文發表在《美國科學院院報（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）》期刊上。

超薄有機太陽能電池（圖片來源：日本理化學研究所）

他們採用了一種簡單的後退火工藝，創造出了一款柔性的有機電池。在大氣條件下超過三千小時，這款電池的性能退化低於5%，而且能量轉化率（太陽能電池性能的關鍵指標）達13%。

技術

課題組從由日本東麗工業公司開發的一種用於施體層的半導體聚合物開始，並且試驗了一種新想法，即採用非富勒烯受體增加熱穩定性。除此之外，他們試驗了一種簡單的後退火工藝，在90攝氏度的初始退火之後，將材料加熱至150攝氏度。這個步驟在層與層之間創造出了穩定的界面，對於提高器件穩定性來說非常關鍵。

價值

論文作者之一 Kenjiro Fukuda 表示：「通過將新的發電層與簡單的後退火處理結合起來，我們在超薄有機太陽能電池中既實現了高能量轉換效率，又實現了長期的存儲穩定性。我們的研究顯示，超薄的有機太陽能電池可用於以一種穩定的方式長期提供高功率，並且甚至可在高溫高溼的苛刻條件下使用。我非常希望，這項研究將有助於開發長期穩定的電源裝置，用於可穿戴電子設備，例如附著在衣服上傳感器。」

關鍵字

太陽能電池、可穿戴技術、有機電子

參考資料

【1】Zhi Jiang, Fanji Wang, Kenjiro Fukuda, Akchheta Karki, Wenchao Huang, Kilho Yu, Tomoyuki Yokota, Keisuke Tajima, Thuc-Quyen Nguyen, Takao Someya. Highly efficient organic photovoltaics with enhanced stability through the formation of doping-induced stable interfaces. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 201919769 DOI: 10.1073/pnas.1919769117

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