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华威大学研究人员开发有机太阳能电池 可用于汽车曲面车身

2019-10-28 19:30:00  来源:腾讯网 

这一发现或将推动新型柔性太阳能电池的发展,给设计者提供更多的材料选择,以实现商业化应用。

据外媒报道,研究人员发现,在太阳能电池中,可利用有机分子混合物,吸收阳光并将其转换成电能。此外,这种电池还能应用于汽车车身等曲面。这一发现挑战传统观念,有助于早日实现太阳能电池的商业化应用。

在基本的有机太阳能电池中,有机半导体薄膜夹在两个电极之间。该薄膜将有机半导体层中产生的电荷提取到外部电路中。长期以来,人们一直认为,电极表面需要达到100%导电,才能最大限度地提取电荷。

英国华威大学(University of Warwick)的科学家们发现,在有机太阳能电池中,只要电极表面有1%的面积导电,就能充分发挥功效。因此,在电极与捕光有机半导体层之间的界面处,可以使用一系列复合材料,来改善器件性能和降低成本。化学系首席研究员Ross Hatton表示:“人们普遍认为,想要优化有机太阳能电池性能,需使电极和有机半导体之间的界面,达到面积最大化。我们对此提出质疑。”为了找到答案,研究人员研制出一种电极模型,对表面进行系统化改造。从中可以看出,即使电极表面99%都绝缘,只要导电区域距离不远,其表现与表面100%导电时一样。

在高性能有机太阳能电池中,电极和集光有机半导体层之间的界面处,设有额外的透明层。对于优化设备中的光分布和提高稳定性,这些透明层必不可少。当然,前提是必须将电荷传导到电极上。这是一项艰巨的任务,因为能够同时满足所有要求的材料并不多。博士后研究员Dinesha Dabera解释说:“从新发现中可以看出,绝缘体和导电纳米颗粒复合材料,在这方面具有很大的应用潜力,比如碳纳米管、石墨烯碎片或金属纳米颗粒。这些材料有助于提高设备性能,降低成本。目前,有机太阳能电池非常接近但没有完全实现商业化,因此,如有任何技术,能进一步降低成本,同时提高性能,都有助于实现这一目标。”

有机太阳能电池不含毒元素,可在低温下采用辊对辊式沉积(roll-to-roll deposition)加工。因此,这种电池更具有环保性,不仅碳足迹极低,而且能源回收时间短。Hatton说:“我们所要做的是,演示太阳能电池的设计方法,提供更广泛的材料选择,推动实现商业化。”

Hatton表示:“目前,人们对太阳能电池的需求迅速增长。这种电池可安装于轻质、可调色柔性基板。传统硅太阳能电池,很适合在太阳能农场和建筑物屋顶上,用于大规模发电。但是,它们很难满足电动汽车的需求,也难以集成到建筑物的窗户上,而这些已不再是小众应用。有机太阳能电池可以安装在这些曲面上,并且非常轻巧,又不占空间。这一发现或将推动新型柔性太阳能电池的发展,给设计者提供更多的材料选择,以实现商业化应用。”


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