- 有機(jī)光伏電池突圍有望？這一新材料使其性能大增
- 發(fā)布日期：2023-04-27
相較于傳統(tǒng)的硅基光伏電池，有機(jī)太陽能電池相對(duì)更薄、更易于制造，但與此同時(shí)它的效率較低，因此發(fā)展受限。
不過近期，荷蘭格羅寧根大學(xué)（University of Groningen）的應(yīng)用物理學(xué)家制造出了一種效率超過17%的有機(jī)太陽能電池，這是目前此類電池效率的最高水平。
據(jù)悉，它的優(yōu)點(diǎn)是使用了一種不尋常的設(shè)備結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是使用可擴(kuò)展技術(shù)生成的。該設(shè)計(jì)涉及通過原子層沉積生長的氧化錫導(dǎo)電層。科學(xué)家們還有一些想法可以進(jìn)一步提高電池的效率和穩(wěn)定性。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《先進(jìn)材料》雜志。
穩(wěn)定性
格羅寧根大學(xué)澤尼克高級(jí)材料研究所光物理和光電子組的博士生David Garcia Romero說：“在大多數(shù)有機(jī)太陽能電池中，電子傳輸層是由氧化鋅制成的，氧化鋅是一種高度透明和導(dǎo)電的材料，位于活性層下方”。
而在上述最新研究中，該團(tuán)隊(duì)研究了使用氧化錫作為傳輸層的想法，他解釋說，氧化鋅比氧化錫更具光活性，因此氧化錫應(yīng)該會(huì)帶來更高的器件穩(wěn)定性。
雖然在之前的研究中，氧化錫已經(jīng)顯示出了令人鼓舞的結(jié)果，但此前一直沒有找到將其培養(yǎng)成有機(jī)太陽能電池合適傳輸層的最佳方法。
可擴(kuò)展
研究人員表示，采用原子層沉積法制備的氧化錫有機(jī)太陽能電池表現(xiàn)出了良好的性能——效率達(dá)17.26%，刷新了歷史記錄。與此同時(shí)，其填充因子也高達(dá)79%，這是衡量太陽能電池質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，這一數(shù)值與此類結(jié)構(gòu)的記錄值一致。
此外，研究人員還稱，可以通過改變材料沉積的溫度來調(diào)整氧化錫層的光學(xué)和結(jié)構(gòu)特性。例如，在140攝氏度沉積的傳輸層的電池中達(dá)到了最大的功率轉(zhuǎn)換。同樣的結(jié)果在兩種不同的有源層上得到了證明，這意味著氧化錫以一種通用的方式提高了效率。
有機(jī)太陽能電池
有機(jī)太陽能電池(Organic Solar Cells, OSCs)是一種基于半導(dǎo)體的碳基材料，可吸收可見光并將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。
與商用硅太陽能電池相比，OSCs具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如，可以通過低成本的印刷技術(shù)制造OSCs，因?yàn)橛袡C(jī)半導(dǎo)體可以溶解在有機(jī)溶劑中當(dāng)作墨水使用；OSCs可以制成半透明的，也可選擇顏色，還可集成到建筑中，從而提供美學(xué)價(jià)值和環(huán)保效益；與其他太陽能電池技術(shù)相比，OSCs的能源回收時(shí)間也更短。在北歐地區(qū)的典型陽光條件下，生產(chǎn)OSCs所需的能源，在其使用六個(gè)月后即可收回。
氧化錫簡(jiǎn)介
氧化錫是一種無機(jī)物，化學(xué)式SnO2，為白色、淡黃色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末，其熔點(diǎn)1630℃，沸點(diǎn)1800℃，密度6.95g/mL at 25 °C，同時(shí)是一種優(yōu)秀的透明導(dǎo)電材料。作為第一個(gè)投入商用的透明導(dǎo)電材料，為了提高氧化錫導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，常進(jìn)行摻雜使用，如SnO2：Sb、SnO2：F等。
SnO2是一種重要的半導(dǎo)體傳感器材料，用它制備的氣敏傳感器靈敏度高，被廣泛用于各種可燃?xì)怏w、環(huán)境污染氣體、工業(yè)廢氣以及有害氣體的檢測(cè)和預(yù)報(bào)。以SnO2為基體材料制備的濕敏傳感器，在改善室內(nèi)環(huán)境、精密儀器設(shè)備機(jī)房以及圖書館、美術(shù)館、博物館等均有應(yīng)用。通過在SnO2中摻雜一定量的CoO、Co2O3、Cr2O3、Nb2O5、Ta2O5等，可以制成阻值不同的壓敏電阻，在電力系統(tǒng)、電子線路、家用電器等方面都有廣泛的用途。
此外，SnO2由于對(duì)可見光具有良好的通透性，在水溶液中具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，且具有特定的導(dǎo)電性和反射紅外線輻射的特性，因此在鋰電池、太陽能電池、液晶顯示、光電子裝置、透明導(dǎo)電電極、防紅外探測(cè)保護(hù)等領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用。而SnO2納米材料由于具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在光、熱、電、聲、磁等物理特性以及其他宏觀性質(zhì)方面較傳統(tǒng)SnO2而言都會(huì)發(fā)生顯著的變化，所以可以通過運(yùn)用納米材料來改善傳感器材料的性能。
