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7月20日,国际学术期刊Nature PhotonicsEfficient polymer solar cells employing a non-conjugated small-molecule electrolyte为题,报道了中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义领导的有机光电材料与器件团队在有机太阳电池领域取得的重要研究进展(Nature Photonics, Year published:2015, 9, 520–524. DOI: doi:10.1038/nphoton.2015.126)。

华南理工团队发明新型聚合物太阳电池

2013-03-19 10:41出处:新华信汽车网 [转载]责编:王思

华南理工大学高分子光电材料与器件研究所研究团队,在其首创并具有自主知识产权的水/醇溶性聚合物太阳电池界面调控材料与技术的基础上,通过协同创新,利用一种倒置结构实现了能量转换效率达到9.214%的聚合物太阳电池,刷新了单结聚合物异质结太阳电池能量转换效率的世界最好水平。该项成果也于近日入选2012年度“中国科学十大进展”。

该成果由国家杰出青年科学基金获得者吴宏滨教授和中国科学院院士曹镛教授所在的高分子光电材料与器件研究团队完成,他们发明的一种高效、新颖的倒置结构聚合物太阳电池,实现了9.214%的能量转换效率,这一效率得到国家光伏质检中心的独立认证。研究成果在国际着名学术杂志《NaturePhotonics》上发表,并被该期杂志选为研究亮点。

据吴宏滨教授介绍,聚合物太阳电池是指核心组成为共轭聚合物半导体材料的一种新型的太阳电池,具有重量轻,材料来源丰富、价格低廉,分子结构设计灵活,可通过印刷技术大面积制备以及不需要高温制备工艺等诸多优点,是一种有潜力的低成本可再生能源技术,在太阳能发电、野外便携式充电器、太阳能电动交通工具、发电式建筑外墙等方面具有广阔的应用前景。前期的研究成果表明,这种太阳电池的能量转化效率可超过8%,但是如果要大规模生产和应用,还需要进一步大幅提高其能量转换效率,并在此基础上进行大面积模组制备工艺及光照下长期稳定性的研究。

中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员褚君浩认为,聚合物太阳电池是一种新型光伏器件,其制备成本低,可制成各种柔性器件,与无机半导体太阳电池有非常强的互补性。而华南理工大学团队利用一种倒置结构实现了效率达到9%以上的聚合物太阳电池,其研究表明,小面积聚合物太阳电池的实验室效率已经十分接近非晶硅太阳电池的水平,通过进一步进行大面积电池均匀性研究和提高能量转换效率以及加强长期室外稳定性的研究,有可能具有规模化生产和应用的前景,是一类值得大力支持发展的薄膜太阳电池。

  中国广播网广州3月10日消息3月10日,记者从华南理工大学了解到,该校国家杰出青年基金获得者吴宏滨教授和中国科学院曹镛院士研究组去年的一项科研成果入选科技部基础研究管理中心发布的2012年度“中国科学十大进展”。该项成果利用一种倒置结构实现了能量转换效率达到9.214%的聚合物太阳电池,刷新了同行评审的科学文献报道中单结聚合物异质结太阳电池能量转换效率的世界最好水平。

有机太阳电池因其质轻、价廉、易于大面积制备成柔性电池等优点,在便携式电子设备、光伏建筑一体化和军事等领域具有巨大的应用潜力,成为太阳电池研究领域的重要发展方向。目前制约有机太阳电池商业化应用的主要因素是效率和稳定性两大难题。对于有机光伏器件而言,界面修饰层起着极为重要的作用,不仅可以优化活性层吸收和调节其光场分布,而且能够调节电极的电荷收集势垒,实现光生载流子的有效传输,是提高有机太阳电池效率和稳定性的有效手段之一。

  该研究团队在华南理工大学高分子光电材料与器件研究所首创并具有自主知识产权的水/醇溶性聚合物太阳电池界面调控材料与技术的基础上,通过协同创新,实现了器件效率的新突破。研究人员通过在氧化铟锡表面引入水溶性共轭聚合物,制备出可高效收集光生载流子的阴极,从而设计并实现了一种高效、新颖的倒置结构聚合物太阳电池。该器件结构可有效增强入射太阳光的吸收,因而可有效提高器件的短路电流等关键性能指标,并实现了9.214%的能量转换效率,这一效率得到国家光伏质检中心的独立认证。研究成果在国际著名学术杂志《Nature Photonics》上发表,并被该期杂志选为研究亮点。该文作者为:博士研究生何志才、仲成美,苏仕健教授,徐苗博士后,吴宏滨教授,曹镛教授等高分子光电材料与器件研究团队成员。   据吴宏滨教授介绍,聚合物太阳电池是指核心组成为共轭聚合物半导体材料的一种新型的太阳电池,具有重量轻,材料来源丰富、价格低廉,分子结构设计灵活,可通过印刷技术大面积制备以及不需要高温制备工艺等诸多优点,是一种有潜力的低成本可再生能源技术,在太阳能发电、野外便携式充电器、太阳能电动交通工具、发电式建筑外墙等方面具有广阔的应用前景。前期的研究成果表明,这种太阳电池的能量转化效率可超过8%,但是如果要大规模生产和应用,还需要进一步大幅提高其能量转换效率并在此基础上进行大面积模组制备工艺及光照下长期稳定性的研究。   上海技术物理所褚君浩院士认为,聚合物太阳电池是一种新型光伏器件,具有制备成本低、重量轻、可制备成柔性器件等优点,与无机半导体太阳电池有非常强的互补性。华南理工大学团队利用一种倒置结构实现了效率达到9%以上的聚合物太阳电池。他们的研究表明,小面积聚合物太阳电池的实验室效率已经十分接近非晶硅太阳电池的水平,通过进一步进行大面积电池均匀性研究和提高能量转换效率以及加强长期室外稳定性的研究,有可能具有规模化生产和应用的前景,是一类值得大力支持发展的薄膜太阳电池。   据了解,2012年度“中国科学十大进展”评选活动由科技部基础研究管理中心会同《科技导报》编辑部、《中国科学院院刊》编辑部、《中国科学基金》编辑部和《中国基础科学》编辑部共同举办,设有推荐、初评、函评和发布4个环节,其最终结果由中国科学院院士、中国工程院院士、973计划顾问组和咨询组专家、973计划项目首席科学家、国家重点实验室主任等专家投票选出。   其他九项获得2012年度“中国科学十大进展”的是:神舟九号和天宫一号成功实现载人交会对接;可扩展量子信息处理取得系列重要进展;阐明二叠—三叠纪之交生物大灭绝及其复苏模式和原因;大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡模式;揭示两种天然产物靶向特异蛋白治疗白血病的机制;证实单倍体孤雄干细胞具有可替代精子和快速传递基因修饰的能力;生态学试验证实Bt转基因棉花种植可促进对害虫的生物控制;解析出TAL效应蛋白特异性识别DNA的结构基础;揭示营养匮乏引发细胞自噬的分子机制。

有机光电材料与器件研究团队合成了一种制备工艺简单、价格低廉、可用醇类溶剂湿法加工的有机非共轭小分子作为有机太阳电池的阴极界面,代替传统需要蒸镀的Ca、Mg、LiF或结构复杂的有机共轭类聚合物等界面材料,用于电池的界面调控。团队成员利用这类材料对有机太阳电池器件界面和结构进行优化,把单结正型聚合物太阳电池的光电转换效率提高至10.02%,突破了单结有机太阳电池10%的效率瓶颈,同目前广泛使用的Ca/Al电极相比,电池的光电转换效率提高了近25%。相关结果经过国家光伏质检中心的认证,是公开认证最高效率的单结有机太阳电池之一,得到了Nature Photonics审稿人的高度评价,认为该研究成果“对于聚合物太阳电池有非常重要的贡献”,在有机太阳电池低成本、大面积化制备方面有重要的应用潜力。

上述工作得到国家自然科学基金(51273209,5141140244),中科院国际合作项目,宁波市国际合作项目(2012D10009, 2013D10013)的资助。

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