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东丽用高分子材料制造厚有机太阳能电池

导读: 日前,东丽宣布其公司的“聚合物有机薄膜太阳能电池”达到了全世界最高的10.6%的转换效率。

  日前,东丽宣布其公司的“聚合物有机薄膜太阳能电池”达到了全世界最高的10.6%的转换效率。公司在“第74届应用物理学会秋季学术演讲会”(2013年9月16日~20日)上公开了该电池的详细情况。

  据东丽介绍,该太阳能电池在电子供体(相当于无机半导体的p型半导体)方面使用了自主开发的噻吩类高分子材料“Polymer-1”。另外,还使用C70衍生物“PCBM70”作为电子受体(相当于n型半导体)。Polymer-1的HOMO(最高占用分子轨道)能级为-5.1eV,带隙为1.58eV。载流子迁移率约为1.0×10-2cm2/Vs,高于原来使用的电池供体材料。不过,“由于专利的关系”(东丽),该公司并未公布Polymer-1的详细化学结构。

东丽用高分子材料制造厚有机太阳能电池

  试制的聚合物有机薄膜太阳能电池

试制元件的各波长的外部量子效率(左)和输出功率特性(右)

  试制元件的各波长的外部量子效率(左)和输出功率特性(右)

  东丽使用该材料试制了元件面积为4mm2、活性层膜为130nm的有机薄膜太阳能电池,显示转换效率达到了9.4%。

  东丽为了获得更高的光吸收率,还以相同的材料和相同的元件面积试制了活性层膜厚度为300nm的有机薄膜太阳能电池。结果发现,较短波长的光吸收率提高,转换效率上升到了10.6%。此时的短路电流密度为21.7mA/cm2,开路电压为0.762V,FF(FillFactor,填充因子)为0.641。

  拥有300nm厚度活性层膜的有机太阳能电池以前几乎没有过。这是因为,加厚有机材料的活性层膜后,一般很难从电极分别高效提取受光激发产生的电子和空穴。而此次“由于Polymer-1为高分子,而且作为高分子其载流子迁移率也很高,因此容易形成载流子移动至电极的路径,可以增加膜的厚度”(东丽)。另外东丽还表示,凭借这一点,除了可实现高效率之外,还有望实现不易发生由元件电极间的短路造成的泄漏,从而提高耐久性。

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