密歇根大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，有機(jī)太陽(yáng)能電池可以達(dá)到15%的效率，這使得更加靈活，廉價(jià)的太陽(yáng)能電池具有商業(yè)可行性。

這種效率水平在目前市場(chǎng)上的許多太陽(yáng)能電池板或光伏電池的范圍內(nèi)。

“有機(jī)光伏電池有可能削減對(duì)太陽(yáng)能總系統(tǒng)成本一路下滑，使太陽(yáng)能真正的無(wú)處不在的清潔能源，”斯蒂芬·福雷斯特，彼得A.弗蘭肯說(shuō)，杰出工程教授和工程的保羅·G·格貝爾教授，誰(shuí)領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作。

研究人員估計(jì)，有效太陽(yáng)能電池的效率為15%，壽命為20年，每千瓦時(shí)的成本低于7美分。相比之下，根據(jù)美國(guó)能源情報(bào)署的數(shù)據(jù)，2017年美國(guó)的平均電費(fèi)為每千瓦時(shí)10.5美分。

有機(jī)太陽(yáng)能電池將碳納入其結(jié)構(gòu)中，與傳統(tǒng)的“無(wú)機(jī)”電池相比具有多種優(yōu)勢(shì)。硅基無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池板制造成本高 - 由厚而堅(jiān)硬的片材組成，需要固定的安裝點(diǎn)。

但是，碳基有機(jī)太陽(yáng)能電池可以廉價(jià)地制成卷，這些卷足夠薄以在結(jié)構(gòu)或衣服內(nèi)彎曲和彎曲，并且可以制成任何顏色，甚至是透明的，以融入其環(huán)境中。

盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但有機(jī)太陽(yáng)能電池缺乏與傳統(tǒng)能源競(jìng)爭(zhēng)所需的效率。

“在過(guò)去的幾年里，有機(jī)光伏發(fā)電的效率大約在11%到12%之間，”應(yīng)用物理項(xiàng)目的博士候選人和自然能源發(fā)表的一項(xiàng)新研究的第一作者肖瀟說(shuō)。

為了打破它們，研究人員結(jié)合了設(shè)計(jì)和工藝的多項(xiàng)進(jìn)步。

首先，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，它結(jié)合了專(zhuān)門(mén)的層來(lái)吸收可見(jiàn)光和紅外光?；旧纤鼈兌询B了兩個(gè)有機(jī)太陽(yáng)能電池 - 一個(gè)能夠從350納米波長(zhǎng)的可見(jiàn)光譜吸收光，另一個(gè)能夠吸收波長(zhǎng)達(dá)950納米的近紅外光。

“他們自己，細(xì)胞的效率達(dá)到10%到11%，”切說(shuō)。“當(dāng)我們將它們堆疊在一起時(shí)，我們可以增加光吸收，并使用抗反射涂層將效率提高到15%。”

堆疊細(xì)胞需要在過(guò)程中取得突破。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了互連層，可防止損壞第一個(gè)電池，并仍允許光和電荷通過(guò)。

“這被認(rèn)為是一個(gè)艱難的過(guò)程，因?yàn)橛糜诩庸ろ敳侩姵氐囊后w有可能溶解已經(jīng)沉積在下面的層，”Che說(shuō)。

最后，該團(tuán)隊(duì)證明他們的新設(shè)計(jì)，材料和工藝的制造產(chǎn)量高達(dá)95%以上。這意味著研究人員成功地創(chuàng)建了幾乎所有沒(méi)有短路的器件，并且對(duì)于將制造擴(kuò)展到工業(yè)水平非常重要。

盡管創(chuàng)造了創(chuàng)紀(jì)錄的效率，該團(tuán)隊(duì)相信他們可以進(jìn)一步推動(dòng)他們的進(jìn)步。

“我們可以改善光吸收以增加電流，并最大限度地減少能量損失以增加電壓，”Che說(shuō)。“根據(jù)計(jì)算，這種類(lèi)型的多結(jié)器件預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)會(huì)有18%的效率。”