食品級材料打造出太陽能電池

由美國北卡羅萊納州立大學和我國科學院連手組成的研究團隊，開發出一種以半印刷式塑料制造的高效率太陽能電池。這種制造方式無需使用對環境有害的鹵素溶劑，而是采用一種對人體無毒無害的常見食品調味料——鄰-甲基苯甲醚(o-MA)。

主導這項研究的北卡羅萊納州立大學物理系博士后研究員LongYe指出，塑料太陽能電池——或稱有機太陽能電池，較目前更常常制造與使用的硅基太陽能電池具有更多的優勢。相關研究細節已刊載于《化學材料》(ChemistryMaterials)中。

這些塑料太陽能電池可以做得更環保、更豐富多彩、更靈活，而且成本也更低，同時，他進一步：他們也極其兼容于工業規模的制造中，一部份的原由在于他們能在開放的環境下以室溫進行制造。

圖中顯示半印刷式塑料太陽能電池的化學結構。北卡羅萊納州立大學和我國科學院的研究人員采用常見的化學添加劑——o-MA，取代常用的鹵素溶劑，這種鹵素溶劑通常具有毒性且對環境有害。（來源：LongYe,NorthCarolinaStateUniversity）

長久以來，在太陽能電池的制造過程中使用含鹵素的溶劑，一直是實現大規模商用化的障礙之一。然而，在制造過程中使用這些溶劑才能確保太陽能電池的形態或結構，盡可能使其達到最高能效。此外，使用這種有害的化學物質也要在一個受控制的環境下進行，徒增加工成本。

研究人員們一開始開發太陽能電池時也用了有毒的溶劑，后來才決定使用O-MA使其加工過程更安全且更環保。

Ye說：我們非得保護我們的健康和環境，因此想出了使用食品添加劑作為溶劑的想法。

研究小組利用軟性X射線技術來研究太陽能電池的形態，他們發現采用o-MA的太陽能電池也表現出與鹵素溶劑加工的太陽能電池類似的形態、晶體特性以及組件性能。而且這種o-MA十分易于取得，不但無毒，而具有一般塑料太陽能電池材料優越的溶解性能。

使用o-MA的另一個優勢是，它讓研究人員可以用刮刀涂布法或在室溫下加工太陽能電池。刮刀涂布是一種使用玻璃刮刀將太陽能電池薄膜的薄層涂布在剛性或軟性基板的過程，而且這一制程還兼容于大規模的商用制造。

在進行探測時，電池的性能約可實現8.4%的效能，稍低于常用的太陽能電池。Ye說，研究人員計劃使用更具效率的材料繼續進行開發，使其于大規模加工時達到超過10%轉換效率的目標。

從我們最近的探測結果來看，我們有信心可以在為設備進行優化后，讓類似的光電材料達到類似的性能。

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