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【前沿】食品级材料打造出太阳能电池

导读: 由美国北卡罗莱纳州立大学和中国科学院连手组成的研究团队,开发出一种以半印刷式塑料制造的高效率太阳能电池。这种制造方式无需使用对环境有害的卤素溶剂,而是采用一种对人体无毒无害的常见食品调味料——邻-甲基苯甲醚(o-MA)。

  由美国北卡罗莱纳州立大学和中国科学院连手组成的研究团队,开发出一种以半印刷式塑料制造的高效率太阳能电池。这种制造方式无需使用对环境有害的卤素溶剂,而是采用一种对人体无毒无害的常见食品调味料——邻-甲基苯甲醚(o-MA)。

  主导这项研究的北卡罗莱纳州立大学物理系博士后研究员LongYe指出,塑料太阳能电池——或称有机太阳能电池,较目前更经常制造与使用的硅基太阳能电池具有更多的优点。相关研究细节已刊载于《化学材料》(Chemistry Materials)中。

  “这些塑料太阳能电池可以做得更环保、更丰富多彩、更灵活,而且成本也更低,”同时,他进一步:“他们也极其兼容于工业规模的制造中,”一部份的原因在于他们能在开放的环境下以室温进行制造。

  图中显示半印刷式塑料太阳能电池的化学结构。北卡罗莱纳州立大学和中国科学院的研究人员采用常见的化学添加剂——o-MA,取代常用的卤素溶剂,这种卤素溶剂通常具有毒性且对环境有害。(来源:LongYe,North Carolina State University)

  长久以来,在太阳能电池的制造过程中使用含卤素的溶剂,一直是实现大规模商用化的障碍之一。然而,在制造过程中使用这些溶剂才能确保太阳能电池的形态或结构,尽可能使其达到最高能效。此外,使用这种有害的化学物质也需要在一个受控制的环境下进行,徒增生产成本。

  研究人员们一开始开发太阳能电池时也用了有毒的溶剂,后来才决定使用O-MA使其生产过程更安全且更环保。

  Ye说:“我们必须保护我们的健康和环境,因此想出了使用食品添加剂作为溶剂的想法。”

  研究小组利用软性X射线技术来研究太阳能电池的形态,他们发现采用o-MA的太阳能电池也表现出与卤素溶剂生产的太阳能电池类似的形态、晶体特性以及组件性能。而且这种o-MA十分易于取得,不但无毒,而具有普通塑料太阳能电池材料“优越”的溶解性能。

  使用o-MA的另一个优点是,它让研究人员可以用刮刀涂布法或在室温下生产太阳能电池。刮刀涂布是一种使用玻璃刮刀将太阳能电池薄膜的薄层涂布在刚性或软性基板的过程,而且这一制程还兼容于大规模的商用制造。

  在进行测试时,电池的性能约可实现8.4%的效能,稍低于常用的太阳能电池。Ye说,研究人员计划使用更具效率的材料持续进行开发,使其于大规模生产时达到超过10%转换效率的目标。

  “从我们最近的测试结果来看,我们有信心可以在为设备进行优化后,让类似的光电材料达到类似的性能。”

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