【中玻網(wǎng)】南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池領(lǐng)域研究中獲打破性進(jìn)展。他們設(shè)計和制備的具有效率高、寬光譜吸收特性的疊層農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池材料和器件，實現(xiàn)了17.3%的光電轉(zhuǎn)化效率，刷新了目前文獻(xiàn)報道的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系/高分子太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的世界很高紀(jì)錄。這一新成果讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池距離產(chǎn)業(yè)化更近一步。

　　美國東部時間9日下午，介紹該研究的論文在線發(fā)表于全部學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上。

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池的柔性特征和本工作主要結(jié)果

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池產(chǎn)業(yè)前景可期

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池是解決環(huán)境污染、能源危機(jī)的有效途徑之一，其在質(zhì)輕、柔軟、半透明、可大面積低成本印刷、環(huán)境友好等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)太陽能電池，被認(rèn)為是具有重大產(chǎn)業(yè)前景的新一代綠色能源技術(shù)。然而，實現(xiàn)效率高率的太陽能電能轉(zhuǎn)化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池研究的核心難題。而這一難題能否解決也直接決定著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池能否走出實驗室、走進(jìn)人類的實際生產(chǎn)生活。

　　提高光電轉(zhuǎn)化效率瓶頸何在？

　　近年來，雖然農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池研究獲得了迅猛發(fā)展，實現(xiàn)了14%~15%的光電轉(zhuǎn)化效率，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它主要以無機(jī)材料（如硅）為主的太陽能電池轉(zhuǎn)化效率。

　　“主要原因在于，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系高分子材料本身較低的載流子遷移率限制了活性層厚度，因此太陽光不能夠獲得充分和有效的利用。”陳永勝說。

　　疊層太陽能電池的優(yōu)勢

　　據(jù)介紹，疊層太陽能電池不僅可以克服上述難題，還可以充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系和高分子材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)優(yōu)良的可調(diào)性特征，通過疊層電池中前后電池中活性材料互補(bǔ)的光吸收，更有效地利用太陽光，從而實現(xiàn)更高的能量轉(zhuǎn)換效率。

　　17.3%！如何打破世界紀(jì)錄？

　　陳永勝教授團(tuán)隊與中科院國家納米科學(xué)中心丁黎明教授、華南理工大學(xué)葉軒立教授研究團(tuán)隊合作，首先利用半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，從理論上預(yù)測了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池實際可以達(dá)到的很效率高率和理想活性層材料的參數(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，他們以在可見光區(qū)域和近紅外區(qū)域具有良好互補(bǔ)吸收的PBDB-T:F-M和PTB7-Th:O6T-4F:PC71BM分別作為前電池和后電池的活性層材料，采用成本低廉與工業(yè)化生產(chǎn)兼容的溶液加工方法制備得到了效率高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能墊層器件，獲得了17.3%的驗證效率。

　　該團(tuán)隊研究人員介紹，依據(jù)該工作提出的模型和設(shè)計原理，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系高分子材料結(jié)構(gòu)的多樣性和可調(diào)性，通過對材料和器件的進(jìn)一步優(yōu)化，非常有望獲得和無機(jī)材料類似的能量轉(zhuǎn)化效率，從而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化提供有力技術(shù)支撐。

　　力爭讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池早日走向?qū)嶋H應(yīng)用

　　“依據(jù)我們提出的半經(jīng)驗?zāi)Ｐ皖A(yù)測，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池（墊層）的轉(zhuǎn)化效率理論上可以達(dá)到20%以上。本次工作中，我們同時也對電池的壽命進(jìn)行了初步試驗，發(fā)現(xiàn)166天實驗后電池效率僅降低4%。未來，我們將繼續(xù)設(shè)計新的材料，在進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)化效率的同時，針對電池壽命問題進(jìn)行系統(tǒng)的實驗，爭取讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系太陽能電池早日從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用?！标愑绖僬f。

　　據(jù)了解，該研究得到了科技部、國家自然科學(xué)設(shè)立資金委、天津市科委和南開大學(xué)的項目支持。