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[材料资讯] 侯剑辉课题组在有机光伏电池的室内光应用方面取得进展

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发表于 2019-9-23 16:54:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
光伏电池的能量转换效率、寿命和成本是决定其是否具有应用价值的重要指标。由于传统晶硅电池在大规模发电方面具有巨大优势,因此新型光伏技术走向产业化,必须依据其技术特征寻求最具竞争力的应用方向。随着物联网的蓬勃发展,各类分布式微电子产品得到了广泛应用。传统晶硅电池无法满足电子产品的应用需求,其在室内光照条件下的光伏效率仅有2-6%,其主要原因是吸收光谱严重失配、且在低载流子密度下存在严重电荷复合效应。因此,领域内亟待发展可满足微电子产品应用需求的新型光伏电池。

有机光伏电池

有机光伏电池
  最近,在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下,中科院化学研究所高分子物理与化学实验室侯剑辉课题组深入研究并发展了有机光伏电池在室内光下的应用。该团队设计合成了新型非富勒烯受体IO-4Cl,与聚合物给体PBDB-TF混合,获得了吸收光谱与室内光源相匹配的光活性层。使用2700 K的LED灯作为光源,在1000 lux辐照强度下,1 cm2电池的开路电压达到1.10V,实现了26.1%的能量转换效率。
  研究结果证明该OPV电池在室内光下不仅具有高的光伏效率和优异的稳定性,而且对于串联电阻和活性层厚度不敏感。如:在室内光源连续照射1000小时后,电池仍保持其初始的光伏性能;使用大面积涂布方法制备的4 cm2电池依然可以实现23%以上的光伏效率。该团队与瑞典林雪平大学教授高峰团队密切合作,揭示了这类电池在降低能量损失方面的独特优势,并对其极限效率进行了合理预测。结果表明,OPV电池在室内光下的极限光伏效率可达50%,这意味着当前取得的光伏效率仍然存在巨大的提升空间。相关研究工作发表在近期的《自然-能源》(Nature Energy)上(Nat. Energy, 2019, 4, 768)。通讯作者为侯剑辉和高峰,第一作者是崔勇。


论文链接


有机太阳能电池是20世纪90年代发展起来的新型太阳能电池,它是以有机半导体作为实现光电转换的活性材料。与无机太阳能电池相比,它具有成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等优点,具有广阔的发展和应用前景,已成为当今新材料和新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。有机太阳能电池是成分全部或部分为有机物的太阳能电池 ,他们使用了导电聚合物 或小分子用于光的吸收和电荷转移。有机物的大量制备、相对价格低廉,柔软等性质使其在光伏应用方面很有前途。通过改变聚合物等分子的长度和官能团可以改变有机分子的能隙,有机物的摩尔消光系数 很高,使得少量的有机物就可以吸收大量的光。相对于无机太阳能电池,有机太阳能电池的主要缺点是较低的能量转换效率,稳定性差和强度低。


侯剑辉博士2006年在中国科学院化学研究所获得物理化学专业的博士学位,曾入选中科院"百人计划"择优支持及中科院化学所"引进国外杰出青年人才计划",并获得国家杰出青年科学基金资助。2006年底进入加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)的Prof. Yang Yang课题组开始为期两年的博士后研究工作。2008年,作为高级研究员加入美国Solarmer Energy Inc.公司,担任研发部门的主管(Director of Research);于2009年底开始,兼任该公司在北京的分支(朔纶有机光电有限公司,Solarmer Materials Inc.)的首席技术官(Chief Technology Officer)。2010年10月,加入中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室,成立课题组,开展聚合物太阳能电池相关的研究工作。2011年5月,被北京科技大学化学系聘为兼职教授/博导。

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