磨削技術(shù)
荷蘭研發(fā)新型有機(jī)太陽能電池 有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)型 |
| 發(fā)布時間：2023/5/12 |
| 由于傳統(tǒng)硅基太陽能電池笨重和昂貴，因此輕量和便宜的有機(jī)太陽能電池成為人們的首選，但該種太陽能電池容易發(fā)生損毀。近期，荷蘭一所大學(xué)發(fā)明了一種光電轉(zhuǎn)換效率超過17%的有機(jī)太陽能電池，且不容易損毀，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的太陽能電池。 荷蘭格羅寧根大學(xué)（University of Groningen）團(tuán)隊使用原子層沉積（ALD）方式制造出二氧化錫（SnO2）導(dǎo)電層，使有機(jī)太陽能電池（NFA-OSC）的光電轉(zhuǎn)換效率超過17%。該論文今年3月底發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）雜志上，格羅寧根大學(xué)也對此做了報導(dǎo)。  原子層沉積法是一種工業(yè)級技術(shù)，可以將物質(zhì)以單原子膜的形式，一層一層的基底鍍在需要的表面上，該方法也可應(yīng)用于晶圓上。 有機(jī)太陽能電池的運作方式，是將太陽光透過聚合物和小分子轉(zhuǎn)化為電能。該種電池由不同層的薄膜制成，每一層都有自己的特性并堆疊在基板上，但最重要的是將光轉(zhuǎn)化為電荷，并讓電荷和電子在光敏層（發(fā)光層）發(fā)生作用，從而產(chǎn)生電流，并將電流儲存起來，或直接轉(zhuǎn)換成動力。 過往，有機(jī)太陽能電池使用的電子傳輸層（ETL）是金屬氧化鋅（ZnO），優(yōu)點在于相對容易制造、傳輸性能佳，且產(chǎn)生效率高，但缺點是氧化鋅暴露在陽光（紫外線）下時，光穩(wěn)定性差，容易被光線分解，大大縮減有機(jī)太陽能電池的壽命。 因此人們使用二氧化錫代替氧化鋅的材料。氧化錫比氧化鋅能提供更高的電子遷移率（金屬或半導(dǎo)體內(nèi)部電子在電場作用下的移動速率）和穩(wěn)定的化學(xué)性，且不容易被紫外線分解。 不過，使用“納米粒子的膠體分散法”做出的二氧化錫薄膜，需要通過特殊溶液處理獲得，導(dǎo)致成本過高，同時添加劑容易殘留在薄膜中，導(dǎo)致該種材料做出的有機(jī)太陽能電池的性能和穩(wěn)定性較差。 這次，由瑪麗亞?安東尼塔?洛伊（Maria Antonietta Loi）教授領(lǐng)導(dǎo)的格羅寧根大學(xué)團(tuán)隊，使用原子層沉積技術(shù)，做出卓越的二氧化錫薄膜，用于電子傳輸層，不僅效果好，還能避免溶液處理產(chǎn)生的問題，同時減少額外的步驟。二氧化錫薄膜在電子傳 研究團(tuán)隊分別在80度、140度和200度溫度下使用原子層沉積技術(shù)對二氧化錫進(jìn)行薄膜沉積，最后沉積的薄膜不僅沉積層致密、品質(zhì)佳，還克服過往薄膜存在的弱點。 研究人員還發(fā)現(xiàn)，在140度和200度溫度下沉積出來的二氧化錫薄膜的導(dǎo)電率比80度的高，但材料透明度比80度時低。由于材料透明度會影響光線的穿透，從而影響光電的轉(zhuǎn)換率，因此最后折衷使用140度作為膜沉積的溫度。 實驗證明，使用納米粒子的膠體分散方法做出的二氧化錫薄膜和氧化鋅薄膜的光電轉(zhuǎn)換效率，分別是16.03%和16.84%。 另外，使用原子層沉積法做出的二氧化錫薄膜的光電轉(zhuǎn)換效率是17.26%，比其它兩種更加穩(wěn)定；暴露于光（包括紫外線）50小時后保留初始太陽能電池品質(zhì)值（FF值）為84%，而使用氧化鋅的FF值僅63%。 該大學(xué)光物理和光電子學(xué)組的博士生大衛(wèi)?加西亞?羅梅羅（David Garcia Romero）對格羅寧根大學(xué)新聞社表示，“我們使用了原子層沉積法，這是一種在有機(jī)光伏領(lǐng)域很長時間沒有使用過的技術(shù)。這種方法可以制出質(zhì)量卓越的薄膜，未來可以擴(kuò)展到工業(yè)制程上。” 他還表示，“我們的目標(biāo)是提高有機(jī)太陽能電池的效率，并使用可擴(kuò)展的方法。同時我們將會繼續(xù)優(yōu)化有機(jī)太陽能電池其它的薄膜層，但立即投入工業(yè)中使用還言之過早，需要先做更多的研究。我們希望原子層沉積的方法，能夠幫助該領(lǐng)域的其他人進(jìn)行研究。” 洛伊教授補(bǔ)充表示，“使用原子層沉積法的二氧化錫薄膜，為有機(jī)太陽能電池跨出一大步，預(yù)計這種電池的使用方式，會與傳統(tǒng)的太陽能面板截然不同。” |
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