南开大学有机太阳能电池研究获新突破 刷新世界文献记录
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南开大学有机太阳能电池研究获新突破 刷新世界文献记录
2018-08-10 14:30:09 来源: 新华网

新华社天津8月10日电(张建新 吴军辉)南开大学陈永胜教授团队在有机太阳能电池研究领域获重大突破,他们设计、制备的具有高效、宽光谱吸收特性的叠层有机太阳能电池材料和器件,实现了17.3%的光电转化效率,刷新了文献报道的有机/高分子太阳能电池能量转化效率的世界纪录。

这一成果让有机太阳能电池距离产业化更近一步。10日,相关论文在线发表于国际学术期刊《科学》上。

有机太阳能电池是解决环境污染、能源危机的有效途径之一,其在质轻、柔软、半透明、可大面积低成本印刷、环境友好等方面远优于传统太阳能电池,被认为是具有重大产业前景的新一代绿色能源技术。然而,如何提高光电转换效率始终困扰着各国科学家,也直接决定着有机太阳能电池能否走出实验室、走进人类生产生活。

近年来,有机太阳能电池研究迅猛发展,实现了14%-15%的光电转化效率,但仍落后于其他以无机材料(如硅)为主的太阳能电池。“主要由于有机高分子材料本身较低的载流子迁移率限制了活性层厚度,因此太阳光不能够获得有效利用。”陈永胜说,叠层太阳能电池不仅可以克服上述难题,还可以充分发挥有机和高分子材料结构和性质优良的可调性特征,通过叠层电池中前后电池里活性材料互补的光吸收,更有效地利用太阳光,从而实现更高的能量转换效率。

陈永胜教授团队与中科院国家纳米科学中心丁黎明教授、华南理工大学叶轩立教授研究团队合作,利用半经验模型,从理论上预测了有机太阳能电池的最高效率(20%以上)和理想活性层材料的参数要求。在此基础上,他们以在可见光区域和近红外区域具有良好互补吸收的两种材料分别作为前电池和后电池的活性层材料,采用成本低廉与工业化生产兼容的溶液加工方法,制备了一种高效的有机太阳能器件,获得了17.3%的验证效率。

研究人员介绍,依据该工作提出的模型和设计原理,结合有机高分子材料结构的多样性和可调性,通过对材料和器件的进一步优化,非常有望获得和无机材料类似的能量转化效率,从而为有机太阳能电池的产业化提供有力技术支撑。

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