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微米級“耙子”,可使太陽能電池輸出功率倍增

作者: | 發(fā)布日期: 2015 年 09 月 07 日 10:50 | 分類: 產(chǎn)業(yè)資訊

目前,一微米級的“耙子”,可使混合供體(donor)聚合物與 受體(acceptor)聚合物組合時,電子轉(zhuǎn)移表面積倍增,從而使輸出功率提高2倍。美國斯坦福大學材料與能源科學研究所(SIMES)將這一過程稱為“流體強化晶體工程”(FLUENCE)。
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為全塑膠太陽能電池選擇使用聚合物成為普遍現(xiàn)象,但聚合物不會聚集,即使產(chǎn)生的激子也很少會是易于聚集的聚合物。然而,利用這種FLUENCE技術(shù),可讓太陽能電池利用聚合物實現(xiàn)聚光功能——每個光單位所產(chǎn)生的激子(電子/電洞對),從而優(yōu)化轉(zhuǎn)換效率,使其輸出功率較傳統(tǒng)的涂布方式增加一倍。
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目前,一微米級的“耙子”,可使混合供體(donor)聚合物與 受體(acceptor)聚合物組合時,電子轉(zhuǎn)移表面積倍增,從而使輸出功率提高2倍。美國斯坦福大學材料與能源科學研究所(SIMES)將這一過程稱為“流體強化晶體工程”(FLUENCE)。
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為全塑膠太陽能電池選擇使用聚合物成為普遍現(xiàn)象,但聚合物不會聚集,即使產(chǎn)生的激子也很少會是易于聚集的聚合物。然而,利用這種FLUENCE技術(shù),可讓太陽能電池利用聚合物實現(xiàn)聚光功能——每個光單位所產(chǎn)生的激子(電子/電洞對),從而優(yōu)化轉(zhuǎn)換效率,使其輸出功率較傳統(tǒng)的涂布方式增加一倍。
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SIMES教授鮑哲南介紹,“這種微米級的耙子可加以調(diào)諧而與現(xiàn)存的聚合物配方共同作業(yè)。然而,根據(jù)所使用的聚合物系統(tǒng),耙子的效應(yīng)也有所差異,但在聚合物傾向于聚集成一大塊的情況下最有效。它可利用顯微級的耙子使其分散成小塊,實現(xiàn)更有效率的激子解離”。
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目前,這些經(jīng)概念驗證的耙子實驗正以每小時約3.5-14.2英吋的緩慢速度進行,與塑膠太陽能電池實現(xiàn)最經(jīng)濟生產(chǎn)需要每小時50英哩的高速卷對卷 (R2R)工藝相距甚遠。然而,研究員們表示,這只需要優(yōu)化參數(shù)即可—這包括從選擇不同溶劑類型到改變工藝溫度,以便使 FLUENCE工藝提升到更高速的制造。
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據(jù)鮑哲南解釋,過去一般采用顯微級直刀來瓦解這些聚集塊,但微型耙子的效率更高18%,加上它還能制造商進一步提高全塑膠太陽能電池的生產(chǎn)效率。FLUENCE工藝可讓塑膠太陽能電池只需要一小部份的制造成本,就能展現(xiàn)超越硅晶太陽能電池的效率。
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美國國家加速器實驗室(SLAC)的斯坦福同步輻射光源(SSRL)部門負責人Mike Toney利用X射線衍射測量FLUENCE可分開供體與受體納米級晶體的程度,也為這項研究帶來貢獻。此外,美國羅倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)的先進光源(ALS)則用于表微這項技術(shù)。
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微米級粑子以1.2微米間距封裝,高度約1.5微米。斯坦福大學研究研究員Yan Zhou為供體與受體晶體之間表征優(yōu)化距離,使其接近到足以實現(xiàn)快速的電子轉(zhuǎn)移,但又不至于太接近讓受體可在采集到電力后才傳回電子。
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其他有助于實現(xiàn)這項計劃的還包括前SLAC科學家Stefan Mannsfeld(現(xiàn)為德國Dresden工業(yè)大學教授)、前SIMES博士后研究員Ying Diao(現(xiàn)任伊利諾大學教授),以及來自ALS、北京大學與韓國成均館大學的科學家群。
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美國能源部(DoE)的BRIDGE研究計劃、SLAC的指導(dǎo)研究和開發(fā)計劃實驗室與國家加速器實驗室、SIMES以及斯坦福大學均為這項提供贊助資金。

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