太陽(yáng)能電池又稱(chēng)光電池，是一種通過(guò)太陽(yáng)宮發(fā)電的光電半導(dǎo)體材料。這種材料只需要放置在室外，通過(guò)太陽(yáng)光照射，內(nèi)置器件就會(huì)產(chǎn)生輸出電壓形成回路，最終產(chǎn)生電流。目前大多數(shù)太陽(yáng)能電池都是通過(guò)光化學(xué)效應(yīng)或者光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)換為電能，而目前主流的太陽(yáng)能電池是晶硅太陽(yáng)能電池。此前不少研究人員致力于研究太陽(yáng)能對(duì)電能的效率轉(zhuǎn)化問(wèn)題，而太陽(yáng)能效率也是目前各個(gè)科技公司亟待解決的首要問(wèn)題。

此前埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)的材料科學(xué)家在有機(jī)非富勒烯基單結(jié)太陽(yáng)能電池的性能方面取得了新的記錄。研究人員通過(guò)一系列復(fù)雜的優(yōu)化，在一平方厘米的表面積上實(shí)現(xiàn)了12.25%的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率。該標(biāo)準(zhǔn)化表面區(qū)域是原型制造的初步階段。該研究人員與我國(guó)華南理工大學(xué)的合作伙伴所實(shí)現(xiàn)的成果以及發(fā)表在Nature Energy期刊上。

有機(jī)光伏系統(tǒng)在過(guò)去幾年中經(jīng)歷了快速發(fā)展，在大多數(shù)情況下，有機(jī)太陽(yáng)能電池由兩層半導(dǎo)體構(gòu)成。一層通過(guò)提供電子作為供體，第二層作為受主或電子導(dǎo)體。與常規(guī)使用的必須從熔體中拉出或在真空系統(tǒng)中沉淀的硅相比，該體系中的聚合物層可以直接從溶液中沉積在支撐膜上。一方面，這意味著相對(duì)較低的制造成本，另一方面，這些柔性模塊可以比城市空間中的硅太陽(yáng)能電池更容易使用。長(zhǎng)期以來(lái)，富勒烯（碳基納米粒子）被認(rèn)為是理想的受體，但富勒烯基復(fù)合材料的固有損失仍然嚴(yán)重限制了它們的潛在效率。因此，在埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)開(kāi)展的工作導(dǎo)致了范式的轉(zhuǎn)變。而它們也和中國(guó)的研究人員一起發(fā)現(xiàn)一種新的有機(jī)分子，它比富勒烯吸收更多的光，而且非常耐用。

性能和耐用性的顯著改進(jìn)意味著有機(jī)混合印刷光伏電池現(xiàn)在變得對(duì)商業(yè)用途感興趣。然而，為了開(kāi)發(fā)實(shí)用原型，該技術(shù)必須從幾平方毫米的實(shí)驗(yàn)室尺寸轉(zhuǎn)移到一平方厘米的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。而在光伏電池縮放過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)重大損失，此前在德國(guó)研究基金會(huì)（DFG）資助的一個(gè)項(xiàng)目中，研究人員最終能夠大大減少這些損失。在復(fù)雜的過(guò)程中，他們調(diào)整了有機(jī)半導(dǎo)體的光吸收，能級(jí)和微結(jié)構(gòu)。該優(yōu)化的主要焦點(diǎn)是供體和受體的兼容性，以及短路電流密度和開(kāi)路電壓的平衡，這是高輸出電力的重要先決條件。

我們國(guó)家華南理工大學(xué)的研究人員將單分子基團(tuán)插入并調(diào)整到聚合物結(jié)構(gòu)中，這些基團(tuán)中的每一個(gè)都影響著對(duì)太陽(yáng)能電池功能至關(guān)重要的特殊特性。而和埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)的材料科學(xué)家共同研究，將功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.25％，這是基于溶液的有機(jī)單結(jié)太陽(yáng)能電池的新認(rèn)證記錄。值得注意的是，研究人員成功地將比例損失保持在如此低的水平，以至于小型表面實(shí)驗(yàn)室中的最高值僅略低于13％。同時(shí)，他們能夠在溫度和日照等模擬條件下證明與生產(chǎn)相關(guān)的穩(wěn)定性。

研究人員還稱(chēng)道，下一布將開(kāi)始拓展模型尺寸，但這種太陽(yáng)能電池用于商業(yè)擴(kuò)展化中，而在技術(shù)方面，他們也將進(jìn)一步探索。

(關(guān)鍵字：太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)換率)