新型全有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率達8.7%
更新時間：2025/5/8 9:39:24 來源：新華社
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太陽能作為一種清潔、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)等機構(gòu)合作研發(fā)出一種全有機太陽能電池，不含有害金屬或金屬氧化物，光電轉(zhuǎn)換效率達8.7%，較此前研究有大幅提升。
金澤大學(xué)日前發(fā)布新聞公報介紹說，當(dāng)前廣泛使用的硅基太陽能電池板因含有害金屬，廢棄后處理成本較高。全有機太陽能電池是全部由有機材料制成、不含有害金屬的太陽能電池，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。但全有機太陽能電池尚處于研究階段，目前光電轉(zhuǎn)換效率最高僅能達到約4%，遠低于硅基太陽能電池（效率可達27%）和鈣鈦礦太陽能電池（效率可達26%）。此次，金澤大學(xué)領(lǐng)銜的研究團隊，將全有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率大幅提升至8.7%，標(biāo)志著全有機太陽能電池向?qū)嵱没~進一大步。
全有機太陽能電池效率低下主要有兩方面原因。一是目前制備高導(dǎo)電性有機電極材料需要添加強酸或堿基，并用150攝氏度以上的高溫處理，易損傷電池的有機基板；二是在制造多層膜構(gòu)成的太陽能電池器件過程中，很難做到逐層堆疊薄膜時不損傷下層結(jié)構(gòu)，尤其采用溶液工藝時，在形成上層過程中存在下層溶解或薄膜均勻性受損等風(fēng)險。
研究團隊通過開發(fā)新電極材料和使用新制作工藝克服上述難題。首先，團隊以導(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。團隊還開發(fā)出“碳納米管電極層壓法”，先單獨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薄膜的風(fēng)險。
相關(guān)成果已發(fā)表在美國《先進功能材料》雜志上。公報說，團隊計劃在后續(xù)研究中進一步提升有機電極的導(dǎo)電性和電池的光電轉(zhuǎn)換效率，同時致力于研發(fā)更低成本的材料與制造工藝。如能實現(xiàn)新型全有機太陽能電池的低成本化，這種應(yīng)用場景廣泛、易于回收的太陽能電池將有望普及。
（記者錢錚）
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太陽能作為一種清潔、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)等機構(gòu)合作研發(fā)出一種全有機太陽能電池，不含有害金屬或金屬氧化物，光電轉(zhuǎn)換效率達8.7%，較此前研究有大幅提升。
金澤大學(xué)日前發(fā)布新聞公報介紹說，當(dāng)前廣泛使用的硅基太陽能電池板因含有害金屬，廢棄后處理成本較高。全有機太陽能電池是全部由有機材料制成、不含有害金屬的太陽能電池，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。但全有機太陽能電池尚處于研究階段，目前光電轉(zhuǎn)換效率最高僅能達到約4%，遠低于硅基太陽能電池（效率可達27%）和鈣鈦礦太陽能電池（效率可達26%）。此次，金澤大學(xué)領(lǐng)銜的研究團隊，將全有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率大幅提升至8.7%，標(biāo)志著全有機太陽能電池向?qū)嵱没~進一大步。
全有機太陽能電池效率低下主要有兩方面原因。一是目前制備高導(dǎo)電性有機電極材料需要添加強酸或堿基，并用150攝氏度以上的高溫處理，易損傷電池的有機基板；二是在制造多層膜構(gòu)成的太陽能電池器件過程中，很難做到逐層堆疊薄膜時不損傷下層結(jié)構(gòu)，尤其采用溶液工藝時，在形成上層過程中存在下層溶解或薄膜均勻性受損等風(fēng)險。
研究團隊通過開發(fā)新電極材料和使用新制作工藝克服上述難題。首先，團隊以導(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。團隊還開發(fā)出“碳納米管電極層壓法”，先單獨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薄膜的風(fēng)險。
相關(guān)成果已發(fā)表在美國《先進功能材料》雜志上。公報說，團隊計劃在后續(xù)研究中進一步提升有機電極的導(dǎo)電性和電池的光電轉(zhuǎn)換效率，同時致力于研發(fā)更低成本的材料與制造工藝。如能實現(xiàn)新型全有機太陽能電池的低成本化，這種應(yīng)用場景廣泛、易于回收的太陽能電池將有望普及。
（記者錢錚）
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