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窗戶就是"發電廠"!新型太陽能電池: 30 年后仍能以 80% 的效率運行

鉅大LARGE  |  點擊量:125次  |  2023年11月07日  

摘要
2021年9月15日消息,密歇根大學領導的研究表明,一種新型透明且對環境友好的太陽能電池設計,不僅高效率,使用壽命還高達 30 年。它可能為也太陽能窗戶的應用鋪平道路。 在有機材料和外部緩沖液之間添加材料層(IC-SAM 和 C70)的 O

2021年9月15日消息,密歇根大學領導的研究表明,一種新型透明且對環境友好的太陽能電池設計,不僅高效率,使用壽命還高達30年。它可能為也太陽能窗戶的應用鋪平道路。


在有機材料和外部緩沖液之間添加材料層(IC-SAM和C70)的OPV橫截面切片的透射電子顯微鏡(TEM)圖像,在材料受到高強度光以復制估計年齡30歲。它揭示了一個完整的有機活性區域,邊緣沒有擊穿。:KanDing,密歇根大學


“太陽能是自工業革命以來人類生產的最便宜的能源形式,”領導這項研究的彼得A.弗蘭肯杰出大學電氣工程教授斯蒂芬福雷斯特說:“在窗戶上使用這些設備后,您的建筑物就變成了發電廠?!?/p>


雖然硅仍然是太陽能電池板效率的王者,但它并不透明。對于窗戶友好的太陽能電池板,研究人員一直在探索有機或碳基材料。Forrest團隊面臨的挑戰是如何防止非常高效的有機光轉換材料在使用過程中快速降解。

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這些材料的優點和缺點在于將光生電子傳輸到電極的分子,即使用或存儲太陽能的電路的入口點。這些材料通常被稱為“非富勒烯受體”,以將它們與由納米級碳網制成的更堅固但效率較低的“富勒烯受體”區分開來。由摻入硫的非富勒烯受體制成的太陽能電池可以實現18%的與硅相當的效率,但它們的使用壽命不長。


該團隊,包括北卡羅來納州立大學、天津大學和中國浙江大學的研究人員,開始改變這種狀況。在他們的實驗中,他們表明,在不保護太陽光轉換材料的情況下,在相當于1個太陽光照射下的12周內,效率下降到其初始值的40%以下。


“非富勒烯受體具有非常高的效率,但包含在高能光子下容易解離的弱鍵,尤其是陽光中常見的紫外線[紫外線]光子,”NatureCommunications論文的作者密歇根大學電氣工程和計算機科學助理研究科學家李永熙說。


通過研究那些未受保護的太陽能電池退化的性質,該團隊認識到他們只需要在少數地方進行支撐。首先,他們需要阻擋紫外線。為此,他們在玻璃面向太陽的一面添加了一層氧化鋅——一種常見的防曬成分。


靠近光吸收區的較薄氧化鋅層有助于將太陽能產生的電子傳導至電極。不幸的是,它還破壞了脆弱的光吸收器,因此該團隊添加了一層稱為IC-SAM的碳基材料作為緩沖。

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此外,將帶正電的“空穴”(本質上是由電子騰出的空間)吸引到電路中的電極也可以與光吸收劑發生反應。為了保護那一側,他們增加了另一個緩沖層,這是一個形狀像足球的富勒烯。


然后,該團隊在不同強度的模擬陽光下測試了他們的新防御,從典型的1個太陽到27個太陽的光,以及高達150華氏度的溫度。通過研究在這些條件下性能如何下降,該團隊推斷太陽能電池在30年后仍能以80%的效率運行。


Forrest看到了這些設備的未來“來到你附近的窗口”。他的團隊已經將模塊的透明度提高到40%。他們相信他們可以接近60%的透明度。


他們還致力于將效率從報告的半透明模塊中實現的10%提高到接近被認為在高透明度下可能達到的15%。由于材料可以制成液體,因此預計制造成本相對較低。


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