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          微米級“耙子”可讓太陽能電池轉換率倍增

          微米級“耙子”可讓太陽能電池轉換率倍增

          • 分類:行業新聞
          • 發布時間:2015-09-08
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          【概要描述】混合供體(donor)聚合物與受體(acceptor)的許多聚合物組合可用于形成一個完整的塑料太陽能電池。遺憾的是,有些最佳組合往往因為聚集在一起而減少了電子轉移時的表面積 ——從供體(轉移電子)到受體(讓太陽能電池中的電子通過,傳送至到太陽供電的裝置)。然而,透過一個微米級的“耙子”即可排解這些聚集,并形成納米級晶體,使得表面積倍增,從而提高2倍的輸出功率。美國斯坦福大學(Stanford University)材料與能源科學研究所(SIMES)將這一過程稱為“流體強化晶體工程”(FLUENCE)?!拔覀兎謩e使用了供體和受體聚合物材料——即全聚合物太陽能電池,在涂布期間利用微米級耙子爬梳,可使所用的模型系統效率倍增,”SIMES成員之一的華裔教授鮑哲南表示。

          微米級“耙子”可讓太陽能電池轉換率倍增

          【概要描述】混合供體(donor)聚合物與受體(acceptor)的許多聚合物組合可用于形成一個完整的塑料太陽能電池。遺憾的是,有些最佳組合往往因為聚集在一起而減少了電子轉移時的表面積 ——從供體(轉移電子)到受體(讓太陽能電池中的電子通過,傳送至到太陽供電的裝置)。然而,透過一個微米級的“耙子”即可排解這些聚集,并形成納米級晶體,使得表面積倍增,從而提高2倍的輸出功率。美國斯坦福大學(Stanford University)材料與能源科學研究所(SIMES)將這一過程稱為“流體強化晶體工程”(FLUENCE)?!拔覀兎謩e使用了供體和受體聚合物材料——即全聚合物太陽能電池,在涂布期間利用微米級耙子爬梳,可使所用的模型系統效率倍增,”SIMES成員之一的華裔教授鮑哲南表示。

          • 分類:行業新聞
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          • 發布時間:2015-09-08
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          轉自:自然通訊

                  混合供體(donor)聚合物與受體(acceptor)的許多聚合物組合可用于形成一個完整的塑料太陽能電池。遺憾的是,有些最佳組合往往因為聚集在一起而減少了電子轉移時的表面積 ——從供體(轉移電子)到受體(讓太陽能電池中的電子通過,傳送至到太陽供電的裝置)。然而,透過一個微米級的“耙子”即可排解這些聚集,并形成納米級晶體,使得表面積倍增,從而提高2倍的輸出功率。美國斯坦福大學(Stanford University)材料與能源科學研究所(SIMES)將這一過程稱為“流體強化晶體工程”(FLUENCE)。“我們分別使用了供體和受體聚合物材料——即全聚合物太陽能電池,在涂布期間利用微米級耙子爬梳,可使所用的模型系統效率倍增,”SIMES成員之一的華裔教授鮑哲南表示。

                  現在一般都會為全塑料太陽能電池選擇使用聚合物,因為聚合物較不會聚集,即使產生的激子也很少會是易于聚集的聚合物。然而,利用這種FLUENCE技術,可 讓太陽能電池利用聚合物實現聚光功能——每個光單位所產生的激子(電子/電洞對),從而優化轉換效率,使其輸出功率較傳統的涂布方式增加一倍。

           

           

            柱狀豎立的1微米間距“流體強化晶體工程”或FLUENCE“耙子”的 掃描電子顯微鏡(SEM)圖

            “這種微米級的耙子可加以調諧而與現存的聚合物配方共同作業。然而,根據所使用的聚合物系統,耙子的效應也有所差異,但在聚合物傾向于聚集成一大塊的情況下最有效。它可利用顯微級的耙子使其分散成小塊,實現更有效率的激子解離,”鮑哲南說。

                  目前,這些經概念驗證的耙子實驗正以十分緩慢的速度進行——每小時約3.5-14.2英吋,與塑料太陽能電池實現最經濟生產需要每小時50英哩的高速卷對卷 (R2R)工藝相距甚遠。然而,研究員們并不擔心提高速度的挑戰,他們表示,這只需要優化參數即可——這包括從選擇不同溶劑類型到改變工藝溫度,以便使 FLUENCE工藝提升到更高速的制造。“我認為,為了落實這種微米級耙子的優點,選擇合適的溶劑和溫度十分重要,”鮑哲南表示。據鮑哲南解釋,過去一般采用顯微級直刀來瓦解這些聚集塊,但微型耙子的效率更高18%,加上它還能制造商進一步提高全塑料太陽能電池的生產效率。事實上,研究人員們十分看好這種FLUENCE工藝,可讓塑料太陽能電池只需要一小部份的制造成本,就能展現超越硅晶太陽能電池的效率。

           

           

            流體強化晶體工程(FLUENCE) 解決方案

            美國國家加速器實驗室(SLAC)的斯坦福同步輻射光源(SSRL)部門負責人Mike Toney利用X射線衍射測量FLUENCE可分開供體與受體納米級晶體的程度,也為這項研究帶來貢獻。此外,美國羅倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)的 先進光源(ALS)則用于表微這項技術。米級粑子以1.2微米間距封裝,高度約1.5微米。斯坦福大學研究研究員Yan Zhou為供體與受體晶體之間表征優化距離——使其接近到足以實現快速的電子轉移,但又不至于太接近讓受體可在采集到電力后才傳回電子。其他有助于實現這項計劃的還包括前SLAC科學家Stefan Mannsfeld(現為德國Dresden工業大學教授)、前SIMES博士后研究員Ying Diao(現任伊利諾大學教授),以及來自ALS、北京大學與韓國成均館大學的科學家群。美國能源部(DoE)的BRIDGE研究計劃、SLAC的指導研究和開發計劃實驗室與國家加速器實驗室、SIMES以及斯坦福大學均為這項提供贊助資金。

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