相較于傳統的硅基光伏電池,有機太陽能電池相對更薄、更易于制造,但與此同時它的效率較低,因此發展受限。
不過近期,荷蘭格羅寧根大學(University of Groningen)的應用物理學家制造出了一種效率超過17%的有機太陽能電池,這是目前此類電池效率的最高水平。
據悉,它的優點是使用了一種不尋常的設備結構,該結構是使用可擴展技術生成的。該設計涉及通過原子層沉積生長的氧化錫導電層。科學家們還有一些想法可以進一步提高電池的效率和穩定性。最新研究成果已于近期發表在了《先進材料》雜志。
穩定性
格羅寧根大學澤尼克高級材料研究所光物理和光電子組的博士生David Garcia Romero說:“在大多數有機太陽能電池中,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電的材料,位于活性層下方”。
而在上述最新研究中,該團隊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,因此氧化錫應該會帶來更高的器件穩定性。
雖然在之前的研究中,氧化錫已經顯示出了令人鼓舞的結果,但此前一直沒有找到將其培養成有機太陽能電池合適傳輸層的最佳方法。
可擴展
研究人員表示,采用原子層沉積法制備的氧化錫有機太陽能電池表現出了良好的性能——效率達17.26%,刷新了歷史記錄。與此同時,其填充因子也高達79%,這是衡量太陽能電池質量的一個重要參數,這一數值與此類結構的記錄值一致。
此外,研究人員還稱,可以通過改變材料沉積的溫度來調整氧化錫層的光學和結構特性。例如,在140攝氏度沉積的傳輸層的電池中達到了最大的功率轉換。同樣的結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。
有機太陽能電池
有機太陽能電池(Organic Solar Cells, OSCs)是一種基于半導體的碳基材料,可吸收可見光并將太陽能轉化為電能。
與商用硅太陽能電池相比,OSCs具有很多獨特的優勢。例如,可以通過低成本的印刷技術制造OSCs,因為有機半導體可以溶解在有機溶劑中當作墨水使用;OSCs可以制成半透明的,也可選擇顏色,還可集成到建筑中,從而提供美學價值和環保效益;與其他太陽能電池技術相比,OSCs的能源回收時間也更短。在北歐地區的典型陽光條件下,生產OSCs所需的能源,在其使用六個月后即可收回。
氧化錫簡介
氧化錫是一種無機物,化學式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1630℃,沸點1800℃,密度6.95g/mL at 25 °C,同時是一種優秀的透明導電材料。作為第一個投入商用的透明導電材料,為了提高氧化錫導電性和穩定性,常進行摻雜使用,如SnO2:Sb、SnO2:F等。
SnO2是一種重要的半導體傳感器材料,用它制備的氣敏傳感器靈敏度高,被廣泛用于各種可燃氣體、環境污染氣體、工業廢氣以及有害氣體的檢測和預報。以SnO2為基體材料制備的濕敏傳感器,在改善室內環境、精密儀器設備機房以及圖書館、美術館、博物館等均有應用。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、電子線路、家用電器等方面都有廣泛的用途。
此外,SnO2由于對可見光具有良好的通透性,在水溶液中具有優良的化學穩定性,且具有特定的導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、透明導電電極、防紅外探測保護等領域也被廣泛應用。而SnO2納米材料由于具有小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應,在光、熱、電、聲、磁等物理特性以及其他宏觀性質方面較傳統SnO2而言都會發生顯著的變化,所以可以通過運用納米材料來改善傳感器材料的性能。
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