钜大LARGE | 点击量：801次 | 2023年11月07日
透明度达40%的非富勒烯太阳能电池 让光伏窗户不再"灰暗"
密歇根大学的一个研究小组开发了一种透明度为40%、效率约为10%的有机太阳能电池。
这种非富勒烯电池是为光伏窗的应用而设想的，它是用聚合物PCE-10作为供体，和一种被称为BT-CIC的近红外（NIR）吸收的非富勒烯受体（NFA），以受体-供体-受体的变频设计制造的。研究员YongxiLi说：非富勒烯受体引起非常高的效率，但含有弱键，在高能光子下容易解离，特别是阳光中常见的UV[紫外线]光子，他指出，这些光子影响设备的耐久性。
为了解决这个问题，研究小组需要防止紫外线光子照射到电池上，为此，他们在设备的正面放置了一个氧化锌（ZnO）层。科学家们解释说：氧化锌层（大约30纳米）是从氧化锌前体溶液中旋铸到基片上的，然后在空气中以150摄氏度的温度退火30分钟。
这一层能够将太阳能产生的电子传导到电极上，从而缓解了紫外线光子的问题，但同时，它影响了设备中使用的自组装单层的性能，因此必须添加一层名为IC-SAM的碳基材料作为缓冲。此外，在电子和空穴传输层界面上应用了一层由被称为C70的富勒烯材料制成的层。科学家们解释说：为了防止有机/无机界面随时间发生化学和形态变化，缓冲层入到散装异质体和电荷传输层之间，以提高接触界面的稳定性，他们指出，该电池还被封装在一个充满超高纯度氮气的手套箱中。
在有机材料和外部缓冲器之间添加了材料层（IC-SAM和C70）的OPV的横截面切片的透射电子显微镜（TEM）图像。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
该太阳能电池在55摄氏度下以AM1.5G的辐照强度进行了1900小时的测试，仅损失了6%的效率，美国小组表示，这表明该装置在估计30年的使用寿命结束时仍可达到80%的效率。
该研究小组认为，如果有更高的透明度，电池效率可能会提高到15%，而且通过将所用材料制备成液体，该设备可能会进一步改进。我们的结果表明，基于NFA的太阳能电池除了具有高效率和潜在的低制造成本外，还有可能满足市场对高可靠性的需求，他们总结道。
对该电池和制造方法的完整描述可以在发表在《自然通讯》上的论文《具有超过30年内在操作寿命的非富勒烯受体有机光伏》中找到。
这种透明的有机太阳能电池最初在2017年亮相，当时研究小组表示，所使用的材料需要适应紫外线和近红外的波长，这些波长在设备中被处理成电力。高度透明的太阳能电池代表了新的太阳能应用的未来浪潮，研究员RichardLunt当时说。我们分析了它们的潜力，并表明通过只收集看不见的光，这些设备可以提供与屋顶太阳能类似的发电潜力，同时提供额外的功能，以提高建筑物、汽车和移动电子设备的效率。
该小组估计，美国有多达70亿平方米的玻璃表面可以被这种材料覆盖，有可能为美国提供40%的能源需求。
