有机太阳能电池(OSC)利用有机材料将阳光转化为电能,是未来光伏的一个有吸引力的候选产品。这是由于它们的一些理想特性,如重量轻、灵活性、延展性,以及最重要的高功率转换效率(PCE)。这些特性使其成为广泛应用的理想选择。
然而,尽管它们具有巨大的商业化潜力,但也存在一个问题。大多数OSC使用一种称为“旋涂”的技术生产,这种技术允许高PCE,但可扩展性较差。此外,具有柔性电极的OSC使用氧化铟锡(ITO),这使得它们价格昂贵且太脆弱,无法实现大面积模块。因此,如果要实现OSC的商业承诺,它们必须克服对ITO的依赖。
这就是来自韩国光州科学技术研究所(GIST)的康洪圭博士和李光熙教授的观点。在他们发表在《高级能源材料》上的论文中,他们提出了一种使用氧化锌(ZnO)制造OSC的新方法,该方法在不包含PCE的情况下克服了成本和可扩展性问题。
特别是,这项研究是一项产学研合作的结果,GIST在韩国首次开发了原始技术,并将其转让给了MSWAY有限公司,该公司完全依赖外国进口,因为国内无法生产ITO基电极。利用这项新技术,预计将与建筑和设备公司建立OSC商业化的价值链,加强工业-大学联合研究的价值。
该团队使用溅射ZnO和通过“刀片涂层”技术获得的ZnO纳米颗粒层在超薄银膜电极上形成均匀的双层。“具有ZnO双层的超薄银膜电极具有ITO的灵活性、润湿性和高表面能,但不易碎或昂贵。这使得使用ZnO制造有机太阳能电池和开发大面积太阳能电池技术的印刷技术变得更容易,”康博士说。
新的基于ZnO双层的OSC在528cm2的模块面积上显示出7.67%的效率,与之前的研究相比,这使其成为最有效的大面积OSC。这是由于结晶ZnO纳米颗粒减少了OSC中电荷载流子的“复合”,从而提高了它们的开路电压,即PCE。
这些具有大面积、与基于ITO的OSC相同的灵活性和效率的无ITO OSC的创建可以改变太阳能电池技术的未来。“我们的方法为这些OSC的商业应用打开了大门,例如将其集成到建筑物的墙壁和窗户中,以实现建筑物的自我维持,”李教授说。事实上,大面积OSC在商业潜力和效率方面的优势可以开创发电的新时代,并帮助我们应对气候变化。