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我國有機太陽能電池光電轉化效率研究獲突破

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南開大學化學學院陳永勝教授團隊在有機太陽能電池領域研究中取得突破性進展。他們利用寡聚物材料的互補吸光策略構建了一種具有寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池器件,實現了12.7%的光電轉化效率,這是目前文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的最高記錄。

介紹該成果的研究論文近日發表在國際頂級學術期刊《自然·光子學》(Nature Photonics)上。

有機太陽能電池作為解決環境污染、能源危機問題的有效途徑之一,在成本低、柔性高、工藝簡單、環境友好等方面遠遠優于傳統太陽能電池。然而,自1958年第一個有機太陽能電池器件誕生至今,如何提高光電轉換效率始終是困擾科學家的關鍵難題。這一問題也直接決定著有機太陽能電池能否走出實驗室,廣泛應用于人類的生產生活。

“作為新興的前沿研究領域,近年來,有機太陽能電池能量轉化效率的大幅度攀升主要得益于光活性層材料的設計開發以及器件結構的不斷優化。”陳永勝說。

多年來,陳永勝教授團隊對有機光伏器件材料篩選和構筑工藝進行了深入系統地研究,開發了一系列可溶液處理的高效率寡聚物型分子活性層材料,并于2015年獲得了超過10%的光電轉換效率。

考慮產業化的要求,使用具有不同光譜吸收范圍的活性材料制備疊層光伏器件是進一步提高光電轉化效率的有效策略之一。基于該思路,團隊研究人員以寡聚分子/聚合物分別作為前后電池單元,制備得到了能量轉換效率超過11%的疊層有機光伏器件。

最近,陳永勝教授團隊與華南理工大學研究團隊等合作,以在可見和近紅外區域具有良好互補吸收的BDT類寡聚分子和卟啉類小分子材料分別作為前電池和后電池的給體材料,采用與工業化生產兼容的溶液加工方法,制備得到了高效的有機太陽能器件。經過工藝優化,最終實現了12.7%的驗證效率。

該團隊研究人員介紹,根據相關設計原理,通過材料和器件的進一步優化,器件的各項指標包括光電轉換效率還有較大的提升空間。預計在不久的將來,有望獲得15%以上的光電轉換效率。

“下一步,我們將主要解決電池壽命問題,進一步提高能量轉化效率。相信有機太陽能電池從實驗室真正走向實際應用,實現商品化生產的夢想在不久的將來會成為現實。”陳永勝說。

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責任編輯: 閆月

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