南開大學(xué)太陽能電池轉(zhuǎn)化率記錄

太陽的光線出現(xiàn)在生活中的每一個地方，人們的生活已經(jīng)離不開太陽，太陽能不僅為植物生長提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽能。11月4日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然·電子》(Nature Electronics)刊發(fā)了南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授團(tuán)隊(duì)的研究論文，介紹了他們在柔性透明電極與柔性有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域研究中獲得的突破性進(jìn)展。

據(jù)了解，陳永勝團(tuán)隊(duì)制備了同時具有高導(dǎo)電、高透光且低表面粗糙度的銀納米線柔性透明電極，將其用于構(gòu)筑柔性有機(jī)太陽能電池，與使用商業(yè)氧化銦錫(ITO)玻璃電極的器件性能相當(dāng)，光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)16.5%，刷新了文獻(xiàn)報道的柔性有機(jī)/高分子太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的最高記錄。這一成果使得高效柔性有機(jī)太陽能電池距離實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化更近一步。

柔性電子器件，特別是基于有機(jī)材料的光電器件，是未來電子器件發(fā)展的一大趨勢，具有巨大的應(yīng)用前景。“其中，獲得高性能的柔性透明電極是實(shí)現(xiàn)高效柔性有機(jī)光電器件的前提，也是目前該領(lǐng)域的核心難題。但是，如何獲得同時具有高導(dǎo)電、高透光、低表面粗糙度以及制備方法簡單、綠色的柔性透明電極依然是巨大的挑戰(zhàn)。”陳永勝說。

由于缺乏上述高性能的柔性透明電極，目前柔性有機(jī)光電器件的性能仍大幅度落后于相應(yīng)的剛性器件。柔性透明電極通常采用干法(如蒸鍍)或溶液處理(如狹縫印刷、納米壓印或電紡絲等)工藝制備。相比于干法制備，溶液處理方法制備柔性電極具有成本低，可大規(guī)模“卷對卷”印刷制備等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

在逾滲閾值理論指導(dǎo)下，陳永勝團(tuán)隊(duì)利用高分子電解質(zhì)，根據(jù)離子靜電相互排斥原理，一步法制備了具有“類網(wǎng)格”結(jié)構(gòu)的銀納米線柔性透明電極。該柔性透明電極實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的性能，其中方阻10 Ω sq-1，透光度92%(550 nm)，品質(zhì)因子(FoM)可達(dá)416，表面粗糙度低，且具有優(yōu)良的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性以及制備方法簡單、綠色。

a) 銀納米線薄膜的sem斜截面圖，b) 大面積(12.25 cm2)柔性透明電極照片;c) 柔性有機(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)

為證明其在有機(jī)光電器件中的實(shí)用性，陳永勝團(tuán)隊(duì)制備了基于該柔性透明電極的柔性有機(jī)太陽能電池。研究表明，該電極可適用于不同類型活性材料以及單結(jié)及疊層光伏器件。制備的柔性光伏器件與使用商業(yè)ITO玻璃電極的器件性能相當(dāng)。單結(jié)和疊層柔性有機(jī)太陽能電池分別實(shí)現(xiàn)了13.1%和16.5%的光電轉(zhuǎn)化效率，并表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，連續(xù)彎曲1000次(彎曲半徑r = 5 mm)，器件仍能保持初始效率的95%以上。

“除了應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池，這一低成本高性能柔性透明電極在其它柔性電子如有機(jī)發(fā)光二極管、晶體管、傳感器等領(lǐng)域也將有極大的應(yīng)用潛力。”陳永勝說。

據(jù)了解，該研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、天津市科委和南開大學(xué)相關(guān)科技項(xiàng)目支持。相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。