農業生產體系太陽能電池光電轉化效率破世界記錄

【中玻網】南開大學化學學院陳永勝教授領銜的團隊在農業生產體系太陽能電池領域研究中獲打破性進展。他們設計和制備的具有效率高、寬光譜吸收特性的疊層農業生產體系太陽能電池材料和器件，實現了17.3%的光電轉化效率，刷新了目前文獻報道的農業生產體系/高分子太陽能電池光電轉化效率的世界很高紀錄。這一新成果讓農業生產體系太陽能電池距離產業化更近一步。

　　美國東部時間9日下午，介紹該研究的論文在線發表于全部學術期刊《科學》（Science）上。

　　農業生產體系太陽能電池的柔性特征和本工作主要結果

　　農業生產體系太陽能電池產業前景可期

　　農業生產體系太陽能電池是解決環境污染、能源危機的有效途徑之一，其在質輕、柔軟、半透明、可大面積低成本印刷、環境友好等方面都遠遠優于傳統太陽能電池，被認為是具有重大產業前景的新一代綠色能源技術。然而，實現效率高率的太陽能電能轉化是農業生產體系太陽能電池研究的核心難題。而這一難題能否解決也直接決定著農業生產體系太陽能電池能否走出實驗室、走進人類的實際生產生活。

　　提高光電轉化效率瓶頸何在？

　　近年來，雖然農業生產體系太陽能電池研究獲得了迅猛發展，實現了14%~15%的光電轉化效率，但仍遠遠落后于其它主要以無機材料（如硅）為主的太陽能電池轉化效率。

　　“主要原因在于，農業生產體系高分子材料本身較低的載流子遷移率限制了活性層厚度，因此太陽光不能夠獲得充分和有效的利用。”陳永勝說。

　　疊層太陽能電池的優勢

　　據介紹，疊層太陽能電池不僅可以克服上述難題，還可以充分發揮農業生產體系和高分子材料結構和性質優良的可調性特征，通過疊層電池中前后電池中活性材料互補的光吸收，更有效地利用太陽光，從而實現更高的能量轉換效率。

　　17.3%！如何打破世界紀錄？

　　陳永勝教授團隊與中科院國家納米科學中心丁黎明教授、華南理工大學葉軒立教授研究團隊合作，首先利用半經驗模型，從理論上預測了農業生產體系太陽能電池實際可以達到的很效率高率和理想活性層材料的參數要求。在此基礎上，他們以在可見光區域和近紅外區域具有良好互補吸收的PBDB-T:F-M和PTB7-Th:O6T-4F:PC71BM分別作為前電池和后電池的活性層材料，采用成本低廉與工業化生產兼容的溶液加工方法制備得到了效率高的農業生產體系太陽能墊層器件，獲得了17.3%的驗證效率。

　　該團隊研究人員介紹，依據該工作提出的模型和設計原理，結合農業生產體系高分子材料結構的多樣性和可調性，通過對材料和器件的進一步優化，非常有望獲得和無機材料類似的能量轉化效率，從而為農業生產體系太陽能電池的產業化提供有力技術支撐。

　　力爭讓農業生產體系太陽能電池早日走向實際應用

　　“依據我們提出的半經驗模型預測，農業生產體系太陽能電池（墊層）的轉化效率理論上可以達到20%以上。本次工作中，我們同時也對電池的壽命進行了初步試驗，發現166天實驗后電池效率僅降低4%。未來，我們將繼續設計新的材料，在進一步提高能量轉化效率的同時，針對電池壽命問題進行系統的實驗，爭取讓農業生產體系太陽能電池早日從實驗室走向實際應用。”陳永勝說。

　　據了解，該研究得到了科技部、國家自然科學設立資金委、天津市科委和南開大學的項目支持。