国际前沿太阳能光伏电池近期研究进展

世纪新能源网讯，澳大利亚悉尼大学联合德国亥姆霍兹材料和能源中心研究人员利用光化学上变频（photochemical upconversion）技术改善氢化非晶硅薄膜太阳电池的捕光效率。单阈值太阳电池具有根本上的局限性，因其只能利用超过一定能量的光子。收集低于阈值的光子，重新辐射以形成较短的波长，可以提高这些设备的效率。研究人员利用基于有机分子的敏化三重态-三重态湮没的背部上变频器，采用非相干光化学工艺将600-750 nm范围的低能量光转换为550-600 nm的光。在辐照相当于（48±3）倍太阳光（AM 1.5）条件下，测量的720 nm处峰值效率增幅为（1.0±0.2）%。相关研究成果发表在《Energy & Environmental Science》上。

普林斯顿大学研究人员模仿天然叶片，在聚合物光伏材料表面形成细纹和褶皱，扩大了光伏器件的捕光效率，在近红外线区域聚合物光伏的外量子效率提升了600%以上，将可利用光谱波长范围扩大了200 nm。研究人员仔细加工了一层液体感光胶粘剂，采用紫外线进行固化。通过控制不同部分胶粘剂的固化速度，将应力引入聚合物材料中，在表面生成波纹，较浅的为细纹，较深的是褶皱。表面兼有细纹和褶皱，会产生最好的效果。电池板表面的褶皱会引导光波穿过材料，方式上很像河槽疏导水流穿过农田，如此使光线进入光伏材料内部能停留较长的时间，从而更多地吸光和发电。相关研究成果发表在《Nature Photonics》上。

美国、韩国和德国研究人员合作研究了目前性能最佳的有机光伏材料之一——聚咔唑共轭聚合物分子PCDTBT的结构特征，利用布鲁克海文国家实验室国家同步辐射光源（NSLS）的高分辨率X射线散射技术把PCDTBT薄膜暴露于高强度X射线束下，揭示了高温下形成的晶状相（crystalline-like phase），表明这种结构包含共轭主链对（conjugated backbone pairs）层，这种模式显著不同于单主链结构。经过分析这些散射模式，研究人员发现了波动性，沿着这些聚合物主链，也发现了邻近主链中的波动如何相互转移。研究人员进行分子模型模拟，能够预测哪种聚合物主链配置最稳定。在共轭聚合物中，主链提供导电路径，而烷基侧链类似简单的油，提供加工所需的溶解度。虽然很必要，但是这些侧链会干扰聚合物的电气性能。而PCDTBT的主要成分是主链，只有很少的烷基材料。类似油和水，这种聚合物共轭主链对会发生相分离，离开它们的烷基侧链，产生双层结构，正是这种结构特征带来了材料的优良电气性能，这种认识可以指导设计新的有机太阳能材料。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。