鉅大LARGE | 點擊量：821次 | 2023年11月07日
透明度達40%的非富勒烯太陽能電池 讓光伏窗戶不再"灰暗"
密歇根大學的一個研究小組開發了一種透明度為40%、效率約為10%的有機太陽能電池。
這種非富勒烯電池是為光伏窗的應用而設想的，它是用聚合物PCE-10作為供體，和一種被稱為BT-CIC的近紅外（NIR）吸收的非富勒烯受體（NFA），以受體-供體-受體的變頻設計制造的。研究員YongxiLi說：非富勒烯受體引起非常高的效率，但含有弱鍵，在高能光子下容易解離，特別是陽光中常見的UV[紫外線]光子，他指出，這些光子影響設備的耐久性。
為了解決這個問題，研究小組需要防止紫外線光子照射到電池上，為此，他們在設備的正面放置了一個氧化鋅（ZnO）層。科學家們解釋說：氧化鋅層（大約30納米）是從氧化鋅前體溶液中旋鑄到基片上的，然后在空氣中以150攝氏度的溫度退火30分鐘。
這一層能夠將太陽能產生的電子傳導到電極上，從而緩解了紫外線光子的問題，但同時，它影響了設備中使用的自組裝單層的性能，因此必須添加一層名為IC-SAM的碳基材料作為緩沖。此外，在電子和空穴傳輸層界面上應用了一層由被稱為C70的富勒烯材料制成的層。科學家們解釋說：為了防止有機/無機界面隨時間發生化學和形態變化，緩沖層入到散裝異質體和電荷傳輸層之間，以提高接觸界面的穩定性，他們指出，該電池還被封裝在一個充滿超高純度氮氣的手套箱中。
在有機材料和外部緩沖器之間添加了材料層（IC-SAM和C70）的OPV的橫截面切片的透射電子顯微鏡（TEM）圖像。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
該太陽能電池在55攝氏度下以AM1.5G的輻照強度進行了1900小時的測試，僅損失了6%的效率，美國小組表示，這表明該裝置在估計30年的使用壽命結束時仍可達到80%的效率。
該研究小組認為，如果有更高的透明度，電池效率可能會提高到15%，而且通過將所用材料制備成液體，該設備可能會進一步改進。我們的結果表明，基于NFA的太陽能電池除了具有高效率和潛在的低制造成本外，還有可能滿足市場對高可靠性的需求，他們總結道。
對該電池和制造方法的完整描述可以在發表在《自然通訊》上的論文《具有超過30年內在操作壽命的非富勒烯受體有機光伏》中找到。
這種透明的有機太陽能電池最初在2017年亮相，當時研究小組表示，所使用的材料需要適應紫外線和近紅外的波長，這些波長在設備中被處理成電力。高度透明的太陽能電池代表了新的太陽能應用的未來浪潮，研究員RichardLunt當時說。我們分析了它們的潛力，并表明通過只收集看不見的光，這些設備可以提供與屋頂太陽能類似的發電潛力，同時提供額外的功能，以提高建筑物、汽車和移動電子設備的效率。
該小組估計，美國有多達70億平方米的玻璃表面可以被這種材料覆蓋，有可能為美國提供40%的能源需求。
