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化學所在有機光伏電池的室內光應用方面取得重要進展

2019/9/27編輯:Ma Liang 人氣:1143

     光伏電池的能量轉換效率、壽命和成本是決定其是否具有應用價值的重要指標。由于傳統晶硅電池在大規模發電方面具有巨大優勢,因此新型光伏技術走向產業化,必須依據其技術特征尋求最具競爭力的應用方向。隨著物聯網的蓬勃發展,各類分布式微電子產品得到了廣泛應用。傳統晶硅電池無法滿足電子產品的應用需求,其在室內光照條件下的光伏效率僅有2-6%,其主要原因是吸收光譜嚴重失配、且在低載流子密度下存在嚴重電荷復合效應。因此,領域內亟待發展可滿足微電子產品應用需求的新型光伏電池。

最近,在國家自然科學基金委和中國科學院的支持下,化學所高分子物理與化學實驗室侯劍輝研究團隊深入研究并發展了有機光伏電池在室內光下的應用。該團隊設計合成了新型非富勒烯受體IO-4Cl,與聚合物給體PBDB-TF混合,獲得了吸收光譜與室內光源相匹配的光活性層。使用2700 KLED燈作為光源,在1000 lux輻照強度下,1 cm2電池的開路電壓達到1.10V,實現了26.1%的能量轉換效率。

研究結果證明該OPV電池在室內光下不僅具有高的光伏效率和優異的穩定性,而且對于串聯電阻和活性層厚度不敏感。如:在室內光源連續照射1000小時后,電池仍保持其初始的光伏性能;使用大面積涂布方法制備的4 cm2電池依然可以實現23%以上的光伏效率。該團隊與瑞典林雪平大學的高峰教授團隊密切合作,揭示了這類電池在降低能量損失方面的獨特優勢,并對其極限效率進行了合理預測。結果表明,OPV電池在室內光下的極限光伏效率可達50%,這意味當前取得的光伏效率仍然存在巨大的提升空間。相關研究工作發表在近期的《Nature Energy》上(Nat. Energy, 2019, 4, 768https://doi.org/10.1038/s41560-019-0448-5)。通訊作者為侯劍輝研究員和高峰教授,第一作者是崔勇博士。

a)光伏電池應用的決定因素。(b)熒光燈、LED燈和太陽的發射光譜。(cPBDB-TFIO-4Cl的吸收光譜(d)給體材料PBDB-TF和受體材料IO-4Cl制備的器件在室內光下的穩定性。(e)刮涂大面積器件的J-V曲線。(fLED燈下的效率預測圖。


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(來源: 中國科學院化學研究所 )

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