有机太阳能电池达到记录效率,商业化基准

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在一项使更灵活、廉价的太阳能电池商业化的进步中,密歇根大学的研究人员已经证明了有机太阳能电池可以达到15%的效率。

“有机光伏可以潜在地降低太阳能系统的总成本,使太阳能成为真正无处不在的清洁能源,”彼得·A·弗兰肯杰出的工程大学教授、Paul G. Goebel工程教授Stephen Forrest说,他领导了这项工作。

在15%的效率和20年的寿命内,研究人员估计有机太阳能电池可以以每千瓦时小于7美分的价格发电。相比之下,根据美国能源信息管理局的数据,美国的平均电成本在2017每千瓦时为10.5美分。

有机太阳能电池将碳结合到它们的结构中,提供了优于传统的无机电池的几个优点。硅基无机太阳能电池板是昂贵的,由厚厚的刚性片组成,需要固定的安装点。

但是碳基有机太阳能电池可以廉价地制造,其薄到足以弯曲和弯曲在结构或衣服内,并使任何颜色,甚至是透明的,融入到它们的环境中。

尽管有这些优点,有机太阳能电池缺乏与常规能源竞争所需的效率。

“在过去的几年中,有机光伏的效率大约停留在11到12%之间,”应用物理学项目的博士候选人萧舟彻和《自然能源》发表的一项新研究的第一作者说。

为了打破这种僵局,研究人员在设计和工艺上结合了多项进步。

首先,他们设计了一个系统,它结合了专门的层来吸收可见光和红外光。本质上,它们堆叠了两个有机太阳能电池,一个能够吸收来自可见光谱的光,从350纳米波长开始,另一个能够吸收近红外光到950纳米波长。

Che说:“细胞本身可以达到10到11%的效率。”当我们把它们叠在一起时,我们增加了光吸收和效率,用抗反射涂层提高到15%。

堆叠细胞需要在过程中取得突破。研究小组开发了防止第一个电池损坏的互连层,并且仍然允许光和电荷通过。

Che说:“这被认为是一个困难的过程,因为有一个机会,用于处理顶部电池的液体会溶解已经沉积在下面的层。”

最后,团队证明他们的新设计、材料和工艺具有超过95%的高成品率。这意味着研究人员成功地制造了几乎没有短路的所有设备,并且对于将制造规模扩大到工业水平是很重要的。

尽管创纪录的效率,团队相信他们可以进一步推动他们的进步。

Che说:“我们可以改善光吸收以增加电流,并将能量损失最小化以增加电压。”根据计算,这种类型的多结器件在不久的将来有望达到18%的效率。

这项研究是在2018年4月23日发表在《自然能》上的“高制造率有机串联光伏组合真空和溶液处理的子电池效率为15%”的研究。

除了福雷斯特和澈,研究合著者还包括雍希丽,电气工程和计算机科学系的博士后研究员和电气工程博士研究生。

这项工作得到了能源部和海军部、海军研究办公室的阳光计划的支持。

Dan Newman笔下

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