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  • 转换效率高达25%的弱光环境也可以发电的有机太阳能

    转换效率高达25%的弱光环境也可以发电的有机太阳能

    太阳的光线出现在生活中的每一个地方,人们的生活已经离不开太阳,太阳能不仅为植物生长提供光源,而且也能为人类提供能源,现在的光伏发电就是很大程度上利用了太阳能。据外媒报道,最近法国原子能暨替代性能源署科技研究部旗下的能源技术与纳米材料创新实验室(CEA-Liten)与日本东洋纺织(Toyobo)合作研发出新型有机太阳能电池,转换效率在暗房中高达25%,在室内环境很有发电潜力。 我们都知道,如果把市面上常见的硅晶太阳能挪到室内或是弱光环境,人们会发现其发电量大打折扣,不过对于有机太阳能来说,室内环境可能成为它的主战场。 根据最新研究表明,新型有机太阳能在亮度将近暗房的220 lux照明下,转换效率高达25%,相较之下普通的非硅晶太阳能转换效率只有16%,新型有机太阳能的效率比非硅晶太阳能高出60%。 有机太阳能的制造材料有很多,制造过程也以低成本、低耗能的涂布或印刷为主,依据不同制程可以做成可挠或透明模块。 Toyobo研发出一种特殊的太阳能材料,它可以溶在无卤溶剂中,因此科学家便能均匀地将材料涂在基板上,CEA-Liten和Toyobo也进一步最佳化溶剂和涂覆技术,除了成功以玻璃基板制造出小型电池,还利用常见塑胶聚对苯二甲酸乙二酯当作基板,制作出 18 平方公分的有机太阳能。 据了解,该模块在220 lux的照度下能够产生130毫瓦电力,转换效率明显更高。 Toyobo表示,未来他们会把材料提供给太阳能电池商,期望能在3年内实现商业化应用。如果某一天人们能高效利用太阳能,相信能解决很大的能源问题,毕竟太阳能是符合可持续发展战略的,能保证人类的永续发展,需要我们科研人员更加努力。

    时间:2020-08-22 关键词: 太阳能材料 有机太阳能电池 硅晶太阳能

  • 在暗房中的转换效率高达25%的新型有机太阳能电池

    在暗房中的转换效率高达25%的新型有机太阳能电池

    随着社会的进步,科技的发展,人们对能源的需求越来越大,而现有的能源有限,需要人们不断发展新能源,而太阳能就是一个不错的选择,人们开始大力发展太阳能能发电。近日,外媒报道称,一种新型有机太阳能电池被成功研发,这种电池在暗房中的转换效率高达25%,因此在室内环境很有发电潜力。 这种电池是由法国原子能暨替代性能源署科技研究部旗下的能源技术与纳米材料创新实验室(CEA-Liten)与日本东洋纺织(Toyobo)合作研发。 据悉,Toyobo研发出了一种可以溶在无卤溶剂中特殊的太阳能材料,可以被均匀地涂在基板上,在此基础上,CEA-Liten和Toyobo进一步最佳化了溶剂和涂覆技术,并最终使新型有机太阳能电池问世。据悉,CEA-Liten和Toyobo利用常见塑胶聚对苯二甲酸乙二酯当作基板,制作出了18平方公分的有机太阳能。 根据最新研究表明,这种新型有机太阳能在亮度将近暗房的220 lux照明下,转换效率高达25%,相较之下普通的非硅晶太阳能转换效率只有16%,也就是说,在室内环境下,新型有机太阳能的效率比非硅晶太阳能高出60%。 据了解,18平方公分的有机太阳能在220 lux的照度下能够产生130毫瓦电力。 Toyobo表示,未来他们会把这种新型材料提供给太阳能电池商,期望能在3年内实现商业化应用。目前太阳能还未能更好被人类利用,需要科研人员不断努力,研究出更高效地产品,这样才能保证我们人类的能源够人类发展所需。

    时间:2020-08-22 关键词: 转换效率 太阳能电池商 有机太阳能电池

  • 有机太阳能电池技术解析

    有机太阳能电池技术解析

    在科技的发展道路上,离不开能源的助力,特别是再科技飞速发展的今天,而地球上的能源有限,就需要科研人员不断开发新能源,这就再当下最需要研发太阳能的使用。近日,国家自然科学基金委员会发布了2019年度国家杰出青年科学基金资助名单,全国共有296名专家学者入选,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员葛子义名列其中。 这个基金对入选者要求极高,为国内仅次于两院院士的第二层次高端人才。葛子义主要从事有机太阳能电池和OLED研究,此次获得400万元资助基金的项目叫“有机太阳能电池”。该项目在便携式电子产品、光伏建筑一体化和国防军工等领域应用前景广阔,多个国家均开展了一系列应用基础研究。十年磨一剑在葛子义的办公桌上,放着一卷透明且印有条纹的“有机太阳能电池”。 之所以说是一卷,是因为它不同于我们常见的电池,而是可以像卫生纸一样卷起来,拉出来以后像纸一样薄,只有一两百微米厚。虽然轻薄,但它的技术含量却极高,有铝阴极、阴极界面层、活性层、阳极界面层和ITO阳极等多达5层组成。目前,市场上的太阳能电池主要以晶硅等无机半导体材料为活性层制备而成,存在工艺复杂、成本高、原材料生产过程能耗大和污染重等缺点。这类太阳能电池由于无机半导体本身的刚性结构,难以制备柔性电子器件。柔性电子器件,特别是基于有机材料的光电器件,是未来电子器件发展的一大趋势。 因此,制备成本低、效率高、柔性强、环境友好的新型有机太阳能电池,正成为各国科学家的研究目标。1976年出生的葛子义,1999年本科毕业于兰州大学,2004年获中科院化学所博士学位,2005年前往日本东京工业大学从事有机光电研究。2009年,33岁的葛子义回国,受聘华东理工大学教授。2010年,加入中科院宁波材料所,担任“有机光电化学”学科带头人、有机光电材料与器件课题组组长至今。“光是有机太阳能电池的活性层研究我们就做了将近8年。”葛子义说,“2014年,我们在国际上率先突破有机太阳能电池10%的光电转换效率瓶颈时,很多人建议我们可以产业化,但我觉得还不够,需要研究得更深,继续改进和提升电池效率。”就这样,葛子义在有机光电材料领域这个“冷板凳”上一坐就是十年。 他始终认为,只有把基础研究搞好了,才会对其他领域的研究带来有力支撑。剑指大挑战2015年,国际顶级学术期刊《自然-光子学》(NaturePhotonics)报道了葛子义领导的有机光电材料与器件团队在有机太阳能电池领域取得的重要研究进展。这是中科院有机光电方向研究成果首次在该期刊发布,也是宁波市首次在《自然》子刊上发表第一通讯单位研究论文。葛子义说,对于有机太阳能电池而言,界面修饰层对器件性能起着极为重要的作用,它不仅可以优化活性层吸收和调节其光场分布,而且还能调节电极的电荷收集势垒,实现光生载流子的有效传输,是提高有机太阳能电池效率和稳定性的关键核心技术。“目前广泛使用的传统金属或化合物界面材料,空气稳定性差,且需通过蒸镀、溅射方法成膜,能耗高,不利于有机太阳能电池的低成本大面积制备。”葛子义说,为突破这一缺陷,目前国际上开发了一些可湿法成膜的有机共轭聚合物如聚芴类界面材料,虽然能够有效提高器件效率,但是这类材料合成复杂、价格昂贵,难以在有机太阳能电池领域大规模应用。 如何实现高效、低成本的有机太阳能电池界面调控一直是科研界关注的重点。“考虑到有机太阳能电池的商业化应用对低成本大面积化的迫切需求,我们的团队在前期大量研究工作的基础上,创新性地开发了一种制备工艺简单、价格低廉、可用醇类溶剂湿法加工的有机非共轭小分子作为有机太阳能电池的阴极界面。”葛子义说。团队成员彭瑞祥、欧阳新华等利用这类材料对有机太阳能电池器件界面和结构进行优化,把单结正型聚合物太阳能电池的光电转换效率提高至10.02%,突破了单结有机太阳能电池10%的效率瓶颈。与目前广泛使用的金属界面相比,电池的光电转换效率提高了近25%,也明显优于有机共轭类界面材料。这也是当时报道的有机太阳能电池的最高效率之一。 《自然-光子学》审稿人对此予以高度评价,认为该研究成果“对于聚合物太阳能电池有非常重要的贡献”,有望促进有机太阳能电池的低成本、大面积化制备,加快推进有机太阳能电池的商业化进程。“有机太阳能电池目前遇到的最大挑战是效率和寿命。”葛子义说,目前电池的光电转换效率普遍在14%-16%,他们的目标是达到18%-20%。目前其领导的实验室已经达到17%左右。电池的寿命目前普遍在3年-5年,远期目标是能达到10年,该实验室也正在攻关。产业化可期“十三五”战略性新兴产业发展规划以及国家发展改革委能源局新近发布的《能源技术革命创新行动计划(2016—2030)》明确指出,将重点发展基于有机、钙钛矿半导体材料的太阳能电池。 “有机太阳能电池的光电转化效率与硅基、薄膜太阳能电池的效率仍有较大差距。”葛子义说,但它在柔性和半透明器件方面独特的优势,为其产业化提供了很大的空间,有助于实现与其他太阳能电池形成互补,以及填补光伏市场在柔性和半透明器件方面的缺位。“有机太阳能电池具有独特的轻质、半透明、多彩化、可弯曲以及可卷的特性,可在建筑物或服装内弯曲和扭曲,并可以制成任何颜色,甚至半透明,从而与周围环境相匹配,融为一体。”葛子义说,在未来的可穿戴设备供电、建筑光伏一体化、太阳能飞机等领域的应用上将会大放异彩。柔性、半透明有机太阳能电池的研究将成为一个热点。目前我国有很多课题组已从事相关内容的研究。在未来的几年内,我国在该领域应该会有更大的突破、会有很多科研成果出现。谈到柔性有机太阳能电池的产业化,葛子义说,柔性有机太阳能电池的产业化需要一步一步向前推进,预计未来3年-5年可以产业化。“目前应该是产业化的‘黎明前夕’。” 葛子义说,不过需要具备很多条件,除了有机太阳能电池的效率和寿命提高外,还要具备高效和低成本有机光伏材料的开发和放大合成,以及高性能柔性透明电极的开发和大面积制备;需要开展柔性器件的大面积制备工艺、器件稳定性以及封装材料和工艺的研究;需要与公司合作,制备柔性有机太阳能电池组件,并建立柔性有机太阳能电池生产线,实现柔性有机太阳能电池的大规模应用。 “目前,我们的有些技术已经超过了国外,可以说这是我们中国人引领的一个研究领域。”葛子义说,应该在中国率先实现产业化。“不过即使如此,也不能急,首要还是要做好基础研究。”葛子义说。“与很多短平快的技术开发和产品创新相比,基础研究往往需要长期积累,取得成果的周期较长,其应用价值显现没那么快。” 葛子义说,风物长宜放眼量,我国基础研究领域要想取得更多原创性、开创性的重大科研成果,认识到基础研究的重要性是关键,这也是我国科技事业稳固坚实的基础。相信再过几年到几十年,当人类利用太阳能的技术很成熟的时候,这样就有了无穷尽的能源供给社会的使用,再当下就需要研究者更加努力研究新技术。

    时间:2019-12-12 关键词: 太阳能电池 光伏技术 电源资讯 有机太阳能电池

  • 可用于汽车的有机太阳能电池

    可用于汽车的有机太阳能电池

    在现在的生活中,太阳能产品处处可见,人们用太阳能煮饭,还有太阳能热水器等等,无处不见太阳能产品,当然,最重要的还是太阳能发电,但是目前的技术并不能让人们很好利用太阳能发电。据外媒报道,研究人员发现,在太阳能电池中,可利用有机分子混合物,吸收阳光并将其转换成电能。此外,这种电池还能应用于汽车车身等曲面。这一发现挑战传统观念,有助于早日实现太阳能电池的商业化应用。 在基本的有机太阳能电池中,有机半导体薄膜夹在两个电极之间。该薄膜将有机半导体层中产生的电荷提取到外部电路中。长期以来,人们一直认为,电极表面需要达到100%导电,才能最大限度地提取电荷。 英国华威大学(University of Warwick)的科学家们发现,在有机太阳能电池中,只要电极表面有1%的面积导电,就能充分发挥功效。因此,在电极与捕光有机半导体层之间的界面处,可以使用一系列复合材料,来改善器件性能和降低成本。化学系首席研究员Ross Hatton表示:“人们普遍认为,想要优化有机太阳能电池性能,需使电极和有机半导体之间的界面,达到面积最大化。我们对此提出质疑。”为了找到答案,研究人员研制出一种电极模型,对表面进行系统化改造。从中可以看出,即使电极表面99%都绝缘,只要导电区域距离不远,其表现与表面100%导电时一样。 在高性能有机太阳能电池中,电极和集光有机半导体层之间的界面处,设有额外的透明层。对于优化设备中的光分布和提高稳定性,这些透明层必不可少。当然,前提是必须将电荷传导到电极上。这是一项艰巨的任务,因为能够同时满足所有要求的材料并不多。博士后研究员Dinesha Dabera解释说:“从新发现中可以看出,绝缘体和导电纳米颗粒复合材料,在这方面具有很大的应用潜力,比如碳纳米管、石墨烯碎片或金属纳米颗粒。这些材料有助于提高设备性能,降低成本。目前,有机太阳能电池非常接近但没有完全实现商业化,因此,如有任何技术,能进一步降低成本,同时提高性能,都有助于实现这一目标。” 有机太阳能电池不含毒元素,可在低温下采用辊对辊式沉积(roll-to-roll deposition)加工。因此,这种电池更具有环保性,不仅碳足迹极低,而且能源回收时间短。Hatton说:“我们所要做的是,演示太阳能电池的设计方法,提供更广泛的材料选择,推动实现商业化。” Hatton表示:“目前,人们对太阳能电池的需求迅速增长。这种电池可安装于轻质、可调色柔性基板。传统硅太阳能电池,很适合在太阳能农场和建筑物屋顶上,用于大规模发电。但是,它们很难满足电动汽车的需求,也难以集成到建筑物的窗户上,而这些已不再是小众应用。有机太阳能电池可以安装在这些曲面上,并且非常轻巧,又不占空间。 这一发现或将推动新型柔性太阳能电池的发展,给设计者提供更多的材料选择,以实现商业化应用。”太阳能虽然可以产生很大能量,但是现在的技术还不足以保证人类所有的运转,这就需要我们保护能源,从自己做起,从身边的点滴做起,节约能源,是我们人类每一个人应尽的责任。

    时间:2019-10-26 关键词: 电源技术解析 华威大学 汽车曲面车身 有机太阳能电池

  • 中南大学在有机太阳能电池领域取得进展

    中南大学在有机太阳能电池领域取得进展

    记者近日从中南大学获悉,国际知名期刊《焦耳》和《自然通讯》近日发表了中南大学化学化工学院邹应萍教授课题组有机太阳能电池材料设计合成及机理研究方面的系列成果。 该成果为推动高效率有机太阳能电池研发、未来工业化生产具有积极的影响。 有机太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的新型电子器件,因其制备成本低、光电特性易调节、可制成半透明以及可大面积“卷对卷印刷”等优点,已成为目前研究的热点。衡量太阳能电池性能的主要指标是其能量转换效率。高效率有机太阳能电池仍然是目前研究的首要目标,也是实现其产业化的关键。 邹应萍教授课题组除了考虑有机太阳能电池材料能级匹配、吸收光谱互补和迁移率平衡外,还从热力学、空间构型等角度考虑材料的兼容性,进而合成了有机小分子受体光伏材料。这种小分子受体可有效拓宽吸收光谱,降低器件电压损失,为材料合成提供了新思路。

    时间:2019-03-04 关键词: 太阳能 太阳能电池 电源资讯 有机太阳能电池

  • 有机太阳能薄膜电池制造如同印报纸 造价低廉

    有机太阳能薄膜电池制造如同印报纸 造价低廉

    有机太阳能电池、保护纤维材料等是澳大利亚科技投资委员会昨天在高交会举行新闻发布时,记者听到的新名词。有机太阳能电池制备极其简单,它完全可以在室温下进行打印,像印报纸一样,只不过用的是有机半导体材料做染料。 据悉,有机太阳能电池不同于日常人们看到的无机硅电池那样,笨重、刚硬,且需要在高温熔溶状态下制备高纯度但造价也高的硅片。有机太阳能电池最大的优势就是造价极其低廉,还有就是前期投入大大低于硅电池行业。完全可以在现有商业打印机上进行简单的改进就可以了。这种印在塑料薄膜上的电池,可以弯曲,卷曲,所以理所当然可以贴在外衣后背上,试用于野外郊游时穿,可以不用担心手机或小型电器没电了。也可以贴在书包表面外面,不断充电给手提电脑。

    时间:2014-11-20 关键词: 电源资讯 有机太阳能电池

  • 基于B2912A的有机太阳能电池测试方案

    随着能源和环境问题的日趋严重,各种清洁能源的开发应用日益得到重视,在这其中太阳能的利用是解决能源短缺和环境污染的最重要的途径之一,而太阳能电池则是太阳能利用的一个非常重要的方面。当前应用和开发的太阳能电池包括晶硅(单晶硅、多晶硅、类单晶硅)太阳能电池、无机半导体薄膜(非晶硅、CdTe、GaAs、CuInSe2等)太阳能电池、有机染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池等。目前市场上商品化的电池主要是基于无机材料的太阳能电池,但均存在成本高、光伏材料制备和纯化过程耗能高、电池制备过程复杂等问题。 有机太阳能电池是一种新型有机薄膜太阳能电池,可视为第三代电池,典型的有机太阳能电池由共轭聚合物或有机小分子给体和富勒烯衍生物受体组成的共混薄膜夹在透明的ITO导电玻璃正极和金属负极之间所组成。其结构见图1、2。有机太阳能电池具备制备过程简单、成本低、重量轻、可制备柔性器件等突出优点。目前实验室报道的小面积器件最高光电转换效率已从1995年的不到1%提高到大于9%。日前国外已经有不少公司积极开展有机太阳能电池的产业化工作,业界报道的电池效率已经超过10%(日本三菱化学与美国加州理工大学合作开发),已经开始产业化道路的Heliatek公司报道的电池效率也高达10.7%。     图1 :有机太阳能结构示意图。     图2 :有代表性的给体P3HT和受体PCBM的有机太阳能电池结构示意图和材料的电子能级。 有机太阳能电池的工作原理和基于无机材料的太阳能电池类似,太阳光从透明电极一侧入射到活性层上,活性层光伏材料吸收光子产生激子(电子-空穴对);激子向给体/受体界面下扩散和迁移;扩散和迁移到界面处的激子在给/受体电子能级差的作用下发生电荷分离;在电池内部势场的作用下,被分离的空穴沿着给体形成的通道传输到正极,而电子则沿着PCBM受体形成的通道传输到负极;空穴和电子分别被正极和负极收集形成光电池和光电压,从而产生光伏效应。 考察有机太阳能电池性能的最主要参数包括:光电转换效率(Photovoltaic Convert Efficiency,PCE)、开路电压(Open Circuit Voltage, Voc),短路电流(Short Circuit Current, Jsc),填充因子(Fill Factor, FF)。其中电池的转换效率计算公式为:     其中Pmax为电池的最大输出功率,Jmax为电池的最大输出电流,Vmax为最大输出电压。Plight为入射光能量。     图3 :有机太阳能电池等效电路及相关参数。 作为替代能源,考察太阳能电池的最重要数据是其对能量的利用效率,即太阳能电池对入射的太阳光的转换效率。实验室制备的有机太阳能电池绝在部分是金属栅线电极(小面积的电池电极常为六指结构)。因有机太阳能电池与传统的基于无机材料的电池相比,目前的各方面参数都有所不如,故其对测试的精确度要求更高。当然,其他诸如简单、快速的测试也是必需的。精确的测量数据除了可以得到准确的转换效率外,还可以得到Vmax、Jmax、Pmax以及Rsh、Rs等数值,这些相关参数可以准确的考察电池的各方面性能,并为下一步的电池性能改进提供实验上的依据。 实验室对有机太阳能电池性能测试源表选用的是安捷伦B2912A,采用USB接口。其最小至10fA/100nV的最小测量分辨率能够很好的满足有机太阳能电池小电流的测试,尤其是在暗电流的测试方面。 图4为有机太阳能电池在采用B2912A测试的连接图测试电脑与源表以USB线相连,可以很好的满足数据传输的要求,测试电池与源表之间以屏蔽线直接硬连,可隔绝实验室其他仪器对测试信号的干扰。 图5为基于P3HT和PCBM为给、受体的有机太阳能电池以B2912A测试得到的在一个标准太阳下和无光照条件下的I-V曲线图。可以看到,源表可以满足测试数据高精度的需要,同时可以通过设置不同的延迟时间以满足有机太阳能电池测试信号反馈较慢的要求。     图4 :B2912A在有机太阳能电池测试中的应用。     图5 :基于P3HT和PCBM的有机太阳能电池以B2912A测试得到的在1000W/m2光照强度下的I-V曲和无光照条件下的I-V曲线。 在有机太阳能电池科研过程中,要对大量的电池片进行IV测试。相比传统的IV测试系统,B2912A精密测量单元集成的IV测试系统具有系统结构简单,操作方便,精度高,可靠性强,测量迅速等优势,大大降低了太阳能电池IV性能测量的操作成本,时间成本,同时增加了IV测量的灵活性。B2912A还可以对有机LED,有机MOSFET器件进行电学IV特性方面的测试,可以说节省了实验室长期的设备投资。 从长期看来,太阳能的利用必然是解决能源和环境问题的一个非常重要的方法。另一方面,随着新技术的不断发展,太阳能电池的应用也必然越来越广泛,在这其中,有机太阳能电池因其独特的优点,也必将扮演相当重要的角色。近年来,随着大批科研人员和相当的公司开始研究开发有机太阳能电池,其发展速度相当迅速,电池效率也有着显著提升。这也对有机太阳能电池测试提出了新的要求,当然也带来了新的机遇。 以我们实验室为例,安捷伦B2912A能够很好的满足有机太阳能电池各方面性能测试的要求。安捷伦系统集成商和创联合科技(北京)有限公司提供了相关产品及集成方案,同时完成了相关测试技术培训及指导,如有基于B2900A系列产品的有机太阳能电池IV测试需求,可以联系和创联合科技(北京)有限公司。

    时间:2012-11-02 关键词: 测试方案 b2912a 有机太阳能电池

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