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改善太阳能电池技术

时间：2022-03-20 16:16:24 来源：

来自北卡罗来纳州立大学和英国的一组研究人员发现，全聚合物光伏太阳能电池技术的低能量转换率是由太阳能电池本身的结构引起的。

NCSU物理学教授Harald Ade博士解释说：“太阳能电池必须同时具有足够的厚度，以吸收来自太阳的光子，但其结构必须足够小，以至于可以捕获能量”。被称为激子才能前往电荷分离和转化为我们使用的电能的站点。太阳能电池捕获光子，但激子的传播距离太远，所用两种不同塑料之间的界面太粗糙，无法有效分离电荷，并且能量损失了。

阿德说，为了使太阳能电池最高效，吸收光子的层应厚约150-200纳米（一个纳米比人的头发宽度小数千倍）。然而，所产生的激子在电荷分离之前仅必须经过10纳米的距离。当前构造聚合物太阳能电池的方式阻碍了该过程。

聚合太阳能电池由两种不同导电塑料制成的互穿结构薄层制成，因此越来越受欢迎，因为它们的制造成本都可能比目前使用的便宜，并且可以“上漆”。或印刷在各种表面上，包括用与大多数汽水瓶相同的材料制成的柔性薄膜。但是，这些太阳能电池的制造成本仍然不高，因为它们的功率转换率仅为约3％，而现有太阳能技术的转换率只有15％至20％。

埃德（Ade）探索了当前的技术，即在研究的全聚合物系统中，激子必须行进的最小距离为80纳米，即薄膜内部形成的结构的大小。此外，当前设备的制造方式；结构之间的界面没有清晰定义，这意味着激子或电荷被困住了。需要找到提供较小结构和更清晰界面的新制造方法。

该团队的论文同时出现在《高级功能材料》和《纳米快报》中，其中的讨论涵盖了器件效率的降低以及归因于界面电荷分离效率降低的退火，这部分归因于退火后组成材料的整体迁移率降低，而且（以及该团队使用蒙特卡洛模拟，证明增加的界面粗糙度会导致较低的电荷分离效率，并且能够重现增加的界面粗糙度和降低的载流子迁移率，从而再现实验的电流-电压曲线。帐户。

选择的工具是共振软X射线散射。有了新的观点，研究小组可以将光到电转换的内部问题归零。他们了解到建筑将需要很多东西。但在更近的公差范围内更精确。但是可以用大约67到7倍的输出增加来衡量回报。

Ade和他的团队计划研究不同类型的基于聚合物的太阳能电池，以查看它们的低效率是否是由于相同的结构问题引起的。他们希望他们的数据将引导化学家和制造商探索将这些细胞组合在一起以提高效率的不同方法。

Ade最后说：“现在，我们知道了为什么现有技术不能尽其所能地发挥作用，我们的下一步将是研究能纠正这些问题的物理和化学过程。一旦获得效率基准，我们就可以重定向研究和制造工作。

关于印刷，喷漆以及其他成本非常低廉且变化很大的太阳能电池装置的一长串故事使很多人感到非常兴奋。但是实际效率令人失望，令人震惊。现在，人们对内部细节有了更深入的了解，并且找到了一条通往更好的途径。了解和测试开发情况，进度可能会更快。

以20％的效率和较低的成本以及一些耐候性，光伏太阳能可能会变得更加普及。这种研究是向消费者传达好主意的关键，并且与最初的发现一样重要。仅存在于实验室中的好主意很好，但是像NCSU和UK这样的研究人员将研究推向了人们可以得到好处。

通过。布莱恩·韦斯滕豪斯

资源：低成本太阳能电池可能会变得更好

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