日本廣島大學(xué)的研究人員將各種聚合物和分子半導(dǎo)體混合在一起作為光吸收材料，制造出一種能提高功率效率和發(fā)電量的太陽能電池。這些類型的太陽能電池，被稱為有機(jī)光伏（OPV），是當(dāng)光入射到它們的光吸收器上時(shí)產(chǎn)生電能的裝置。太陽能電池的效率是通過比較產(chǎn)生的電能和入射到電池上的光的多少來決定的。這被稱為“光子收獲”，即有多少光粒子被轉(zhuǎn)換成電流。太陽能電池效率越高，其商業(yè)用途就越經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

高級科學(xué)與工程研究生院的研究小組只添加了少量的一種能吸收長波長光的化合物，產(chǎn)生了比沒有這種化合物的版本效率高1.5倍的OPV。由于器件內(nèi)部的光干涉效應(yīng)，該化合物能夠提高吸收強(qiáng)度。該小組接著指出，如何分配這些燃料是進(jìn)一步提高發(fā)電效率的關(guān)鍵。

論文的通訊作者大阪義大郎（ItaruOsaka）在2020年11月發(fā)表在《大分子》雜志上，他說：“向OPV電池中添加極少量的敏化材料，這種材料由我們先前開發(fā)的半導(dǎo)體聚合物和其他材料組成。”。

“這導(dǎo)致光電流顯著增加，從而由于光干涉效應(yīng)產(chǎn)生的放大光子吸收而提高了功率轉(zhuǎn)換效率。關(guān)鍵是要使用一種非常特殊的聚合物，這種聚合物使我們能夠?yàn)镺PV電池提供非常厚的半導(dǎo)體層，與薄層相比，它顯著增強(qiáng)了光干擾效應(yīng)。”

至于未來的工作，大阪將目光投向推動(dòng)最先進(jìn)太陽能電池的發(fā)展。

“我們的下一步是開發(fā)出更好的半導(dǎo)體聚合物作為這類OPV的主體材料，以及能夠在較長波長區(qū)域吸收更多光子的更好的敏化材料。這將使OPV電池實(shí)現(xiàn)世界上最高的效率。”

鈣鈦礦中添加有機(jī)顏料可提高電池穩(wěn)定性和效率

佛羅里達(dá)州的一個(gè)的研究小組正在研究將新舊材料混在一起的太陽能電池。

化學(xué)教授BiwuMa和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)新的研究，表明如果你在鈣鈦礦太陽能電池中添加一點(diǎn)已有的有機(jī)顏料，就會提高電池的穩(wěn)定性和效率。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《AngewandteChemie》雜志上。

“顏料豐富，成本低，而且堅(jiān)固，”馬云說當(dāng)我們將它們與鈣鈦礦相結(jié)合時(shí)，我們可以產(chǎn)生新的高性能混合系統(tǒng)。它將舊的與新的結(jié)合在一起，它們共同創(chuàng)造出令人興奮的東西。”

馬在新一代太陽能電池技術(shù)方面的研究一直專注于解決鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性問題和挑戰(zhàn)。鈣鈦礦太陽能電池是一種光伏電池，其包含鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物，最常見的是有機(jī)-無機(jī)鉛或鹵化錫基雜化材料，作為集光層。

在過去的十年里，鈣鈦礦太陽能電池的研究突飛猛進(jìn)。2009年首次報(bào)道時(shí)，功率轉(zhuǎn)換效率約為4%，現(xiàn)在高達(dá)25%。然而，商業(yè)上的可行性也有缺點(diǎn)，比如材料容易快速降解。

全世界的研究人員一直在尋找這種完美的配方，使它們既穩(wěn)定又高效。

馬的研究小組用甲基銨碘化鉛做實(shí)驗(yàn)，在沒有顏料層的情況下，太陽能電池的效率為18.9%。有了它，這個(gè)數(shù)字上升到了21.1%。研究小組還發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境條件下，加入色素層后，沒有封裝的細(xì)胞可以保持其初始效率的90%。

通過簡單的溶液處理和熱退火添加一層不溶性色素也使細(xì)胞疏水，這意味著水不能停留在表面。

“我們相信，用低成本的顏料對這些電池進(jìn)行表面鈍化處理，對于提高電池的穩(wěn)定性和效率是一個(gè)非常有前途的方法，”馬說。