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    善用太陽光芒 創造綠能世界

    有機太陽能電池效率創新高 室內弱光環境下達25%

    發布時間:2020-06-10 11:34:57    瀏覽次數:1375次

     已知,太陽光照射到地球上的平均能量密度為1376W/m2,假設能量轉化率已達到為30%。城市每個三口之家每天的平均用電量為3kW?h,平均太陽光照時間4h,則只需不足2 m2太陽能電池板即可為之提供充足的電力;家庭電路最大熔斷電流一般在20A 左右,最大瞬時功率4400W,達到此瞬時功率只需10 m2左右的太陽能電池板即可。


      在太陽能為人類生產生活提供充足電力的同時,人們還希望其能夠助物聯網一臂之力。若能將太陽能發電用在各種傳感器或是微小設備上,如為手機充電或是給智慧家電供電,也許我們就不用再擔心電池沒電,以及更換電池成本等問題。


      在研發室內太陽能之前,需要先考慮戶外與室內的環境、光譜等差異。據了解,室內可見光波長達到 380 nm~780 nm,如果把市面上常見的硅晶太陽能板移到室內或是弱光環境下,其轉換效率往往不佳,因此需要藉由分析材料的外部量子效率來尋找適合的太陽能材料。


      經研究發現,在室內或弱光環境下,有機太陽能電池將是選擇。由有機高分子材料作為光敏活性層的有機太陽能電池,具有無機太陽能電池技術所不具備的許多優良特性,如材料結構多樣性、可大面積低成本印刷制備、柔性、半透明甚至全透明等。除了作為正常的發電裝置外,在其他領域如節能建筑一體化、可穿戴設備等方面也都具有巨大的應用潛力。有機太陽能電池的諸多優勢引起了學術界和工業界的高度關注。


      近年來,有機太陽能電池的研究獲得了突飛猛進的發展,光電轉化效率不斷刷新,從效率5%到超過10%,從14%再到17%......但目前制約有機太陽能電池發展“瓶頸”的仍在于光電轉化效率偏低。因此持續提高光電轉化效率是有機太陽能電池研究的首要目標,也是其實現產業化的關鍵。而制備出高效率、低成本以及重現性良好的可溶液加工活性材料,則是提高光電轉化效率的基礎。


      近日,法國原子能暨替代性能源署科技研究部旗下的能源技術與納米材料創新實驗室(CEA-Liten)與日本東洋紡織(Toyobo)合作研發出一種由特殊太陽能材料制成的新型有機太陽能電池,其轉換效率在暗房中高達25%,在室內環境極具發電潛力。


      由于有機太陽能的制造材料多樣,制造過程也以低成本、低耗能的涂布或印刷為主,依據不同制程可以做成可撓或透明模塊。據介紹,這種特殊的太陽能材料可以溶在無鹵溶劑中。因此研究人員便能均勻地將材料涂在基板上。同時,他們還進一步優化了溶劑和涂覆技術,除了成功地以玻璃基板制造出小型電池外,他們還利用常見的塑膠聚對苯二甲酸乙二酯當作基板,制作出 18 平方厘米的有機太陽能板。


      據稱,該模塊在亮度將近暗房220 lux的照度下能夠產生130毫瓦電力,與普通的非晶硅太陽能轉化效率16%相比,該新型有機太陽能的轉換效率(25%)比非晶硅的高出60%。因此,研究人員表示會將該材料提供給太陽能電池商,并期望能在3年內實現商業化應用。


      目前,科學界普遍認為有機太陽能電池已經到了商業化的“黎明前夕”。有機太陽能電池的光電轉化效率究竟還有多少提升空間、如何提升,這還需要各國科學家們去繼續探索研究。


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