新型有機太陽能效率達 12%，突破光敏層難以印刷挑戰
2018-09-10
太陽能技術進展一日千里，近日南韓蔚山科技大學除了將有機太陽能轉換效率提升至12.01%，還成功解決電池光敏層（Photoactive layer）太薄難以印刷的挑戰，讓有機太陽能可透過大規模、低成本技術製造，加速太陽能發展。
有機太陽能電池具有柔軟可撓、低成本、可噴塗等優點，近幾十年來備受各國科學家關注，但該技術有一大挑戰，即是其光敏層厚度難以「拿捏」：光敏層太厚會減少光電轉換效率與輕便性，太薄又難以用低成本方式製造。蔚山科技大學教授 Changduk Yang 表示，目前有機太陽能電池光敏層厚度約為 100 奈米，很難用低成本、可大規模製造的印刷技術來製造。
為了在不影響光電轉換效率之下提升光敏層厚度，該團隊用非富勒烯受體（non-fullerene acceptors，NFAs，也有人簡稱 IDIC）來打造有機太陽能的光敏層，進一步將光電轉換效率提升至 12.01%，且即使厚度增加到 300 奈米，光電轉換效率也不會下降。
光敏層可說是太陽能電池的命脈，負責將太陽光轉變成電能。為了產生電流，電池吸收光子時會產生電子電洞對，並透過「電荷分離」來分開帶正電的電子與帶負電的電洞粒子，讓這些粒子抵達電極來發電，而電子與電洞傳遞路徑不一，若以道路來作為比喻的話，電子的傳遞路徑為「通道 I」，電洞則是「通道 II」。
研究員 Sang Myeon Lee 指出，由於傳統富勒烯太陽能電池光吸收效率不佳，以往電子只能透過單一路徑傳遞，但新型有機太陽能電池可同時利用「通道 I」與「通道 II」，大大提升有機太陽能的轉換效率。
非富勒烯受體為有機太陽能技術突飛猛進的功臣之一，相較於傳統富勒烯材料，非富勒烯受體光吸收效果更好、能階變化更加多樣，更可減少近 50% 電荷分離造成的能量損失。
Yang 表示，這項研究成功最佳化電荷分離、電荷傳遞與解決光敏層厚度難題，有助於未來高效有機太陽能電池的生產與商業化。
若有機太陽能成功走出實驗室，太陽能應用範圍又會再更上一層樓。與傳統的矽晶太陽能電池相比，該技術不僅能透過低價材料與簡易印刷技術製造，還可以製成半透明、柔軟、可撓樣式，未來更有機會整合到建築物和車輛、甚至是衣服與織品中，對再生能源的發展可說是大有裨益。
目前該研究已發表在《Energy & Environmental Science》。
Introducing High-performance Non-fullerene Organic Solar Cells
（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：蔚山科技大學）
◎資料來源：科技新報
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