有機太陽能電池架構將迎來性能沖破

來自比利時研究中心Imec、plextronics和Solvay的科學家創造了基于有機聚合物的單結太陽能電池架構，轉化效率達到6.9%。最終的器件集成在一個模塊里，是Imec大規模倒裝器件架構的研究成果，其中plextronics供應有機聚合物，材料來自Solvay。最終的模塊采用了完整的架構，效率達到5%，采光面積為25平方厘米（圖1）。

有機VS硅太陽能電池

雖然有機太陽能電池已經存在了一段時間，但在硅光伏器件占據主導的場合下，它依然是清新事物。很多業內人士認為隨著性能方面的問題不斷克服，有機電池將會是新的低成本替代辦法且需求強烈。

有機光伏電池（OpVC）由感應有機聚合物構成，光吸收系數非常高。這意味著少量的材料就能夠吸收大量的光。這一點，以及OpVC顯著降低成本的優點讓該材料成為極其可行同時具有吸引力的辦法，至少看上去是這樣。OpVC自身的缺點在于效率和穩定性較低、壽命短以及有限的觸覺強度。

OpVC有兩種基本類型：單層和多層。最簡單的是單層OpVC，將聚合物蘊含在兩層導電金屬層中。多層電池將兩層不同的聚合物層放置在導電材料層中。

單層器件神奇的缺點包括的量子效率和轉換效率較低，分別在1%至0.1%之間。另外一個問題在于單層器件的導體間缺少電場力。

雙層OpVC克服了這些問題，但又有其自身的一些問題，例如聚合物的厚度就是緊要問題。為了將電荷和載流子分開，聚合物的厚度非得和電荷的長度相當，在10nm左右。問題在于聚合物至少要100nm才能有效的吸收光線。

倒裝架構才是可行辦法

總的來說，有機光伏的工作壽命問題沒有得到重視。為知道決這個問題，以延長有機光伏電池壽命的倒裝架構開發出來了。

Imec的倒裝體異質結（invertedbulkheterojunction）架構可將單層和雙層拓撲的電池性能提升0.5%。架構采用了低帶隙p型聚合物，含有來自plextronix的富勒烯。

在活躍層中采用了神奇的緩沖以改善并提升光管理，讓有機物和架構結合起來，穩定可靠地達到6.9%的轉化效率。這是迄今為止有機物材料最好的表現，也是倒裝架構最好的表現。

此外，倒裝器件架構還為其他有機物材料帶來了類似的性能提升。研究人員稱模塊的效率水平保證了其適合更大的規模擴充。

前景看好

基于之前的開發成果，依賴Imec創新的架構，有機太陽能電池的將來看來非常光明（圖2）。

Imec的有機光伏團隊負責人TomAernouts表示，“隨著對材料和架構的進一步優化，例如引入包括不同聚合物層，每層捕獲不同光譜的多結架構，我們預計有機太陽能電池的壽命將達到10年，效率在2-3年內提升至10%。”

Solvay的可繼續能源平臺經歷patrickFrancoisse表示，“我們相信，當我們能夠提升效率和壽命，同時降低成本的情況下，有機光伏將在將來扮演更緊要的角色。”

這很容易讓人將有機光伏今朝的狀況和LED及固態照明范疇的狀況做比較。LED廠商受制于技術，要降低價格，而有機太陽能電池的研究人員也要控制成本，同時改進技術。

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