南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授團(tuán)隊(duì)在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域研究中取得突破性進(jìn)展。他們利用寡聚物材料的互補(bǔ)吸光策略構(gòu)建了一種具有寬光譜吸收特性的疊層有機(jī)太陽(yáng)能電池器件，實(shí)現(xiàn)了12.7%的光電轉(zhuǎn)化效率，這是目前文獻(xiàn)報(bào)道的有機(jī)/高分子太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的最高記錄。
介紹該成果的研究論文近日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)上。
有機(jī)太陽(yáng)能電池作為解決環(huán)境污染、能源危機(jī)問題的有效途徑之一，在成本低、柔性高、工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池。然而，自1958年第一個(gè)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件誕生至今，如何提高光電轉(zhuǎn)換效率始終是困擾科學(xué)家的關(guān)鍵難題。這一問題也直接決定著有機(jī)太陽(yáng)能電池能否走出實(shí)驗(yàn)室，廣泛應(yīng)用于人類的生產(chǎn)生活。
“作為新興的前沿研究領(lǐng)域，近年來(lái)，有機(jī)太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化效率的大幅度攀升主要得益于光活性層材料的設(shè)計(jì)開發(fā)以及器件結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化。”陳永勝說(shuō)。
多年來(lái)，陳永勝教授團(tuán)隊(duì)對(duì)有機(jī)光伏器件材料篩選和構(gòu)筑工藝進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究，開發(fā)了一系列可溶液處理的高效率寡聚物型分子活性層材料，并于2015年獲得了超過10%的光電轉(zhuǎn)換效率。
考慮產(chǎn)業(yè)化的要求，使用具有不同光譜吸收范圍的活性材料制備疊層光伏器件是進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)化效率的有效策略之一?；谠撍悸?，團(tuán)隊(duì)研究人員以寡聚分子/聚合物分別作為前后電池單元，制備得到了能量轉(zhuǎn)換效率超過11%的疊層有機(jī)光伏器件。
最近，陳永勝教授團(tuán)隊(duì)與華南理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)等合作，以在可見和近紅外區(qū)域具有良好互補(bǔ)吸收的BDT類寡聚分子和卟啉類小分子材料分別作為前電池和后電池的給體材料，采用與工業(yè)化生產(chǎn)兼容的溶液加工方法，制備得到了高效的有機(jī)太陽(yáng)能器件。經(jīng)過工藝優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了12.7%的驗(yàn)證效率。
該團(tuán)隊(duì)研究人員介紹，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)原理，通過材料和器件的進(jìn)一步優(yōu)化，器件的各項(xiàng)指標(biāo)包括光電轉(zhuǎn)換效率還有較大的提升空間。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，有望獲得15%以上的光電轉(zhuǎn)換效率。
“下一步，我們將主要解決電池壽命問題，進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)化效率。相信有機(jī)太陽(yáng)能電池從實(shí)驗(yàn)室真正走向?qū)嶋H應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的夢(mèng)想在不久的將來(lái)會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。”陳永勝說(shuō)。
