2021年9月15日消息，密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究表明，一種新型透明且對(duì)環(huán)境友好的太陽能電池設(shè)計(jì)，不僅高效率，使用壽命還高達(dá)30年。它可能為也太陽能窗戶的應(yīng)用鋪平道路。

在有機(jī)材料和外部緩沖液之間添加材料層（IC-SAM和C70）的OPV橫截面切片的透射電子顯微鏡(TEM)圖像，在材料受到高強(qiáng)度光以復(fù)制估計(jì)年齡30歲。它揭示了一個(gè)完整的有機(jī)活性區(qū)域，邊緣沒有擊穿。：KanDing，密歇根大學(xué)

“太陽能是自工業(yè)革命以來人類生產(chǎn)的最便宜的能源形式，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的彼得A.弗蘭肯杰出大學(xué)電氣工程教授斯蒂芬福雷斯特說：“在窗戶上使用這些設(shè)備后，您的建筑物就變成了發(fā)電廠?！?/p>

雖然硅仍然是太陽能電池板效率的王者，但它并不透明。對(duì)于窗戶友好的太陽能電池板，研究人員一直在探索有機(jī)或碳基材料。Forrest團(tuán)隊(duì)面臨的挑戰(zhàn)是如何防止非常高效的有機(jī)光轉(zhuǎn)換材料在使用過程中快速降解。

這些材料的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)在于將光生電子傳輸?shù)诫姌O的分子，即使用或存儲(chǔ)太陽能的電路的入口點(diǎn)。這些材料通常被稱為“非富勒烯受體”，以將它們與由納米級(jí)碳網(wǎng)制成的更堅(jiān)固但效率較低的“富勒烯受體”區(qū)分開來。由摻入硫的非富勒烯受體制成的太陽能電池可以實(shí)現(xiàn)18%的與硅相當(dāng)?shù)男?，但它們的使用壽命不長。

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該團(tuán)隊(duì)，包括北卡羅來納州立大學(xué)、天津大學(xué)和中國浙江大學(xué)的研究人員，開始改變這種狀況。在他們的實(shí)驗(yàn)中，他們表明，在不保護(hù)太陽光轉(zhuǎn)換材料的情況下，在相當(dāng)于1個(gè)太陽光照射下的12周內(nèi)，效率下降到其初始值的40%以下。

“非富勒烯受體具有非常高的效率，但包含在高能光子下容易解離的弱鍵，尤其是陽光中常見的紫外線[紫外線]光子，”NatureCommunications論文的作者密歇根大學(xué)電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)助理研究科學(xué)家李永熙說。

通過研究那些未受保護(hù)的太陽能電池退化的性質(zhì)，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)識(shí)到他們只需要在少數(shù)地方進(jìn)行支撐。首先，他們需要阻擋紫外線。為此，他們在玻璃面向太陽的一面添加了一層氧化鋅——一種常見的防曬成分。

靠近光吸收區(qū)的較薄氧化鋅層有助于將太陽能產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)至電極。不幸的是，它還破壞了脆弱的光吸收器，因此該團(tuán)隊(duì)添加了一層稱為IC-SAM的碳基材料作為緩沖。

此外，將帶正電的“空穴”（本質(zhì)上是由電子騰出的空間）吸引到電路中的電極也可以與光吸收劑發(fā)生反應(yīng)。為了保護(hù)那一側(cè)，他們增加了另一個(gè)緩沖層，這是一個(gè)形狀像足球的富勒烯。

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然后，該團(tuán)隊(duì)在不同強(qiáng)度的模擬陽光下測試了他們的新防御，從典型的1個(gè)太陽到27個(gè)太陽的光，以及高達(dá)150華氏度的溫度。通過研究在這些條件下性能如何下降，該團(tuán)隊(duì)推斷太陽能電池在30年后仍能以80%的效率運(yùn)行。

Forrest看到了這些設(shè)備的未來“來到你附近的窗口”。他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將模塊的透明度提高到40%。他們相信他們可以接近60%的透明度。

他們還致力于將效率從報(bào)告的半透明模塊中實(shí)現(xiàn)的10%提高到接近被認(rèn)為在高透明度下可能達(dá)到的15%。由于材料可以制成液體，因此預(yù)計(jì)制造成本相對(duì)較低。