新型全有机太阳能电池光电转换效率达8.7%

2025-05-08 09:26 新华网责任编辑：陈曦

新华社东京5月7日电(记者钱铮)太阳能作为一种清洁、可再生的能源而备受关注。日本金泽大学和加拿大金斯顿女王大学等机构合作研发出一种全有机太阳能电池,不含有害金属或金属氧化物,光电转换效率达8.7%,较此前研究有大幅提升。

金泽大学日前发布新闻公报介绍说,当前广泛使用的硅基太阳能电池板因含有害金属,废弃后处理成本较高。全有机太阳能电池是全部由有机材料制成、不含有害金属的太阳能电池,可大幅降低环境成本,被认为是能源领域有潜力的技术方向。但全有机太阳能电池尚处于研究阶段,目前光电转换效率最高仅能达到约4%,远低于硅基太阳能电池(效率可达27%)和钙钛矿太阳能电池(效率可达26%)。此次,金泽大学领衔的研究团队,将全有机太阳能电池光电转换效率大幅提升至8.7%,标志着全有机太阳能电池向实用化迈进一大步。

全有机太阳能电池效率低下主要有两方面原因。一是目前制备高导电性有机电极材料需要添加强酸或碱基,并用150摄氏度以上的高温处理,易损伤电池的有机基板;二是在制造多层膜构成的太阳能电池器件过程中,很难做到逐层堆叠薄膜时不损伤下层结构,尤其采用溶液工艺时,在形成上层过程中存在下层溶解或薄膜均匀性受损等风险。

研究团队通过开发新电极材料和使用新制作工艺克服上述难题。首先,团队以导电高分子聚合物PEDOT:PSS为基础,研发出一种新型透明电极材料。这种材料表现出作为太阳能电池电极足够的导电性,它在80摄氏度温度条件下就能制备,并且不需使用酸和碱基。团队还开发出“碳纳米管电极层压法”,先单独制成电极再贴到器件上,避免了传统溶液工艺损伤下层有机薄膜的风险。

相关成果已发表在美国《先进功能材料》杂志上。公报说,团队计划在后续研究中进一步提升有机电极的导电性和电池的光电转换效率,同时致力于研发更低成本的材料与制造工艺。如能实现新型全有机太阳能电池的低成本化,这种应用场景广泛、易于回收的太阳能电池将有望普及。

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