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    新型電極材料--助力降低柔性太陽能電池和LED成本

    文章來源:admin 更新時間:2015-08-17

    科學家們正在研發成本低廉的太陽能技術,而柔性太陽能電池就很符合這一要求。它的原料并不昂貴,甚至很便宜,能用精密卷繞對位技術(R2R)大批量生產。不過,這樣一來,電池的電極,勢壘層,甚至是整個電池都必須具備彈性。歐盟于2012年11月啟動了"TREASORES"項目(有機光電設備透明電極大規模生產項目),總預算達1400萬歐元,項目旨在研發出大規模制備有機光電設備,像太陽能電池和LED燈照明控制板。項目的首席科學家是Frank Nüesch。 高性能透明電極 上文中提到的TREASORES項目最近已經完成了中期驗收,并且已經取得了幾項重要進展。項目由來自5個歐盟國家的19個實驗室和企業的科學家組成,目前已經研發出了一款超薄的透明電極,在成本和性能上都勝過銦錫氧化物(ITO)電極,并且已經能做到使用這些透明電極來制備高性能鈣鈦礦電池,效率可達7%。日前,在經過專業測試后,第一條R2R電池生產線已經開始投產。Nüesch介紹說,下一步他們將推廣和改良這項技術,以達到大量生產電池材料和透明電極的目的,比如將生產線延長至100米長。 在接下來的日子里,TREASORES將集中精力研發用其他新材料制造的透明電極和柔性電極,比如納米線和碳納米管(CNTs),甚至還會嘗試用紡織"布"來合成這些材料。Nüesch告訴我們說:"我們的工作對有機光電設備的大規模生產來說是非常重要的,我們剛研制出來的新電極在成本和性能等方面都優于目前的電池。但是我們不會就此滿足,我們繼續研究如何降低鈣鈦礦基的缺陷密度,以改善大規模生產的效果。 這種新材料接受了一種特殊儀器的測試,這種儀器能用于材料的力學、電學和光學性能的測試,測試結果包括使用壽命和照明質量等實際使用中比較關心的數據。這種柔性電極的制備過程中使用了銀納米線,它的表面電阻小于20歐姆/平方米,光傳輸效率達80%。而銅納米線的測試數據表明,它表明電阻小于10歐姆/平方米,在玻璃中的光傳輸效率達90%,比銀的數據還好。上述兩種電極的性能都明顯優于ITO電極,后者的表面電阻達100歐姆/平方米,并且在高透明度時表面電阻還會更高。碳納米管電極的表現也不錯,它的表面電阻為74歐姆/平方米,光傳輸效率達90%。通常,使用銅電極的太陽能電池的能量轉化效率為3%,而用這些新電極制造的電池的能量轉化效率為4.5%。 "熨平"電極粗糙的表面 上述所有的電極制備技術都存在一定程度的問題,制得的電極表面不夠平整,常常呈現波浪狀或是坑坑洼洼,但是有機光電子件的堆疊需要非常平整的平面,這樣得到的物質所含的缺陷才會少。因此,科學家正在研究另一項新的電極制備技術,它在兩個金屬氧化物(MO)層間夾上一個銀(Ag)膜層,這樣一來,表面就顯得平整多了。 MO/Ag/MO電極的表面電阻僅為6歐姆/平方米,光傳輸效率達85%,表面的粗糙度差不多只有20nm,因此相比其他技術,其更有可能制備出高性能的有機光電設備。 使用這種電極的有機太陽能電池的能量轉換效率能達到7%,用來集光材料都是目前使用非常廣泛的材料。同時,使用該電極的白光有機LEDs(OLEDs)的光效達到了17 lm/W(流明/瓦特),而有機發光電池(OLECs)能達到20 lm/W. Nüesch說:"盡管這些數據對于OLED和OLEC設備來說并不是非常高,但關鍵是我們生產這些電極采用的環境都是完全和工廠一樣或者很相似的,采用的方法也是R2R流水線生產,使用的有機物基底也達到了和工業相同的水準。也就是說,我們能保證這些過程是完全穩定的,并具有很強的可操作性。

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