一種簡(jiǎn)化的印制聚合物太陽(yáng)能電池的工藝可能會(huì)進(jìn)一步減低制造塑料太陽(yáng)能光電板的成本。該方法簡(jiǎn)化了許多制造步驟，并已經(jīng)在大面積的、卷到卷的印制系統(tǒng)上實(shí)驗(yàn)。如果能夠被應(yīng)用到更多種類的聚合材料，就能產(chǎn)生一個(gè)更快捷和便利的方式制造塑料太陽(yáng)能電池，并應(yīng)用到移動(dòng)電子設(shè)備、集成到建筑材料中的太陽(yáng)能光電板和智能纖維。
聚合物太陽(yáng)能電池在將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能方面并沒(méi)有硅電池高效，但它們質(zhì)量更輕且價(jià)格低廉，在現(xiàn)實(shí)中某些方面應(yīng)用，是個(gè)不錯(cuò)的選擇。而且他們與大面積的印制技術(shù)(像卷到卷制作工藝)匹配。但是制造太陽(yáng)能電池存在著挑戰(zhàn)，因?yàn)槿绻@些聚合物在納米級(jí)別沒(méi)有排列得很好，電子就不能跑出電池，制造電流。研究人員現(xiàn)在使用后印制技術(shù)來(lái)達(dá)到這一排列。來(lái)自密歇根大學(xué)的研究人員希望設(shè)法去除這些步驟，從而降低制造成本和復(fù)雜度。
我們的策略能夠同時(shí)解決一系列的問(wèn)題，密歇根大學(xué)的電子工程教授郭亮杰介紹說(shuō)。他們的方法包括在印制過(guò)程中使用一個(gè)有滲透性的薄膜施加很小的力，從而使印制溶劑揮發(fā)，產(chǎn)生排列整齊的聚合物層，這也就省去了再進(jìn)行后處理的必要。這些對(duì)于電池活躍層結(jié)構(gòu)的改進(jìn)還有一個(gè)額外的好處：那就是相比聚合物太陽(yáng)能電池的其他制作方法，該制作技術(shù)能少用一層。
當(dāng)固定波長(zhǎng)的陽(yáng)光照射在太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體材料上時(shí)，它產(chǎn)生電子和帶正電的空洞。為了產(chǎn)生外部電流，必須將電子與空洞分離，從而使電子能夠跑出。郭說(shuō)，這一分離過(guò)程在聚合物上并沒(méi)有在像硅那樣的無(wú)機(jī)物上迅速。聚合物太陽(yáng)能電池的活躍層由兩種材料構(gòu)成，一種能夠傳導(dǎo)空洞，一種能夠傳導(dǎo)電子。理想狀態(tài)下接受電子的聚合物要置于貢獻(xiàn)電子的聚合物之上，使其接近陰極，從而使得盡可能多的電子能夠跑出。
郭亮杰的小組發(fā)現(xiàn)把這種聚合物灑在塑料基片的表面，然后使用表面附著硅的卷輪壓制，可以促進(jìn)理想結(jié)構(gòu)的形成。來(lái)自卷輪的壓力使得聚合物在數(shù)秒內(nèi)結(jié)晶，從而不再需要費(fèi)時(shí)的化學(xué)或加熱處理流程。聚合物的結(jié)構(gòu)非常好，郭介紹說(shuō)，因此密歇根的研究者能夠從電池中拿掉一層且對(duì)于電池的能量轉(zhuǎn)化效率沒(méi)有任何損害。
到目前為止，郭已經(jīng)使用一種常見(jiàn)的但是相對(duì)低效的聚合物用于制造太陽(yáng)能電池，據(jù)他介紹，該方法對(duì)于高效能的聚合材料也同樣適用。目前他們研制的電池只有3.5%的能效。而研究者們正在做一個(gè)材料集合試驗(yàn)，預(yù)期能夠?qū)⑻?yáng)能電池的能效提高到12%-15%，這一提高對(duì)于將聚合物太陽(yáng)能電池推向廣闊的市場(chǎng)并和傳統(tǒng)的硅以及薄膜電池競(jìng)爭(zhēng)是必要的。
我認(rèn)為該制作流程具有很大的潛力，加州大學(xué)洛杉磯分校的材料科學(xué)與工程教授楊陽(yáng)介紹說(shuō)，該方法對(duì)于其他的聚合物系統(tǒng)是否也適用現(xiàn)在還不確定，但我目前找不到不適用的理由。楊陽(yáng)現(xiàn)在正和加州艾爾蒙特市的Solarmer塑料太陽(yáng)能電池公司合作，該公司正在為今年年底使裝置的能效達(dá)到10%的計(jì)劃而努力。
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