僅須添加少量長波長吸收材料,即可提高有機薄膜太陽電池發電效率1.5倍

 

刊登日期:2021/1/5
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日本廣島大學於日前發表,與山形大學、京都大學、千葉大學共同在以半導體聚合物與富勒烯衍生物(Fullerene Derivative)製成的塗佈型有機薄膜太陽電池(OPV)上,發現僅須添加少量長波長吸收材料,就能大幅提高發電效率。透過添加重量比6%的長波長材料,OPV的發電效率提高了1.5倍。

提高發電效率是OPV達到實用化的最重要課題,故必須讓OPV儘可能的吸收大量太陽光。因此研究團隊將高電荷傳輸性的半導體聚合物與富勒烯衍生物PCBM做為基質材料,並使用做為第3種半導體成分、具有長波常吸收帶的化合物,著手展開新的光敏型三元系OPV開發。

研究中的半導體聚合物使用了廣島大學開發之具有高電荷傳輸性,且比聚三己基噻吩(P3HT)有更高轉換效率的PTzBT。第3成分則是被使用做為n型半導體,且具有長波長吸收帶的ITIC化合物。

當ITIC的混合率為重量比6%(相對於PTzBT為5分之1、PCBM為10分之1的量)的時候,光敏型三元系OPV的轉換效率達到了最高。ITIC以6%的添加量,呈現與PTzBT、PCBM幾乎相同的光吸收強度、外部量子產收率,轉換效率提高了1.5倍左右。山形大學利用光譜橢圓偏振(Spectroscopic Ellipsometry)解析的結果為基礎,進行了OPV的光學模擬,確認ITIC因為干涉效果,促使少量添加化合物的光吸收強度有了大幅度增加。

此外,京都大學利用暫態光譜法(Transient Spectroscopy),對電荷生成的動態進行了解析,並確認少量添加的化合物因為半導體聚合物與富勒烯衍生物的界面不均勻分布,因此促進有效地生成電荷。

此次做為光敏型三元系OPV基質材料,使用高電荷傳輸性的半導體聚合物將半導體層予以厚膜化,利用第3成分的光干涉效果,獲得前所未有的高光敏作用,藉此成功地讓轉換效率有了飛躍性的提高,藉此將可望促進更進一步高效率化OPV的開發。


資料來源: https://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/2011/30/news050.html
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