實現有機聚合物光伏電池效率達10.6%

    鋰電世界  NaturePhotonics雜志報道，加州大學洛杉磯分院HenrySamueli工程及應用科學學院和加州大學洛杉磯分院Nanosystems學院(CNSI)的研究人員近日大幅推升了聚合物光伏電池的性能。他們使用的設備具有新的串聯結構，能夠將多個吸收波段不同的光伏電池結合在一起。2011年7月該設備功率轉換效率8.62%獲得認證，打破了世界記錄。

    在將太陽能光轉化為電力方面，使用導電有機聚合物進行光的吸收和轉化的光伏太陽能電池展現出巨大的潛力。有機聚合物可以非常低廉的價格批量生產，從而可以使光伏設備價格便宜、體型輕便且靈活性好。

    研究人員將日本住友化學(SumitomoChemicalofJapan)生產的新型紅外吸收聚合物材料加入設備中，從而使該光伏設備的架構有著廣泛的適用性，功率轉換效率跳升到10.6%。這是一項新的世界記錄，已經通過了美國能源部國家可再生能源實驗室的認證。

    通過使用吸收波段不同的電池，串聯光伏電池是一種獲得更多太陽能射線的有效方式。但是研究人員表示，只結合兩種光伏電池并不能自動提高效率。串聯電池的材料互相之間必須兼容才能實現高效的光線吸收。

    目前為止串聯設備的性能落后于單層光伏電池，這主要因為缺少合適的聚合物材料。加州大學洛杉磯分院工程研究人員展示了非常高效的單層和聚合物光伏電池，它們的特點是專為串聯結構設計的低波段差接合聚合物。波段差決定了聚合物所能吸收的太陽能光譜范圍。

    研究主要參與者、加州大學洛杉磯分院材料科學和工程教授YangYang表示：“想像一臺雙層公共汽車。這個公車在一層中能夠載許多乘客，但是如果再添加一層，相同的占地面積就能載更多乘客。這就是我們對串聯聚合物光伏電池所做的改造。”

    住友化學公司研究小組經理ShujiDoi表示：“太陽能光譜非常寬，其中包含可見光也包含不可見光，紫外線和紅外線。我們非常高興住友的低波段聚合物能夠為效率打破世界記錄做出貢獻。”

    加州大學洛杉磯分院工程研究員成員及論文作者之一GangLi表示：“我們對串聯光伏電池研究所花的時間比單結電池設備短得多。在如此短暫的時間里取得效率提升方面的成功真正展現出串聯光伏電池技術巨大的潛力。”Yang說：“所有操作均通過價格低廉的濕涂層流程完成。由于此流程與現有的生產流程兼容，因此我預計這項技術在不久的將來就會上市。”

    此項研究為聚合物學家指引了新的方向，從而為串聯聚合物光伏電池新材料的設計做出貢獻。另外，這也是邁向聚合物太陽能電池商業化的重要一步。Yang表示希望在未來幾年內將效率提升到15%。

    此項研究由國家科學基金、美國空軍科研處、美國海軍研究處以及美國能源部和可再生能源實驗室共同提供支持。