新技术大幅提高柔性太阳能电池的发电效率

新技术大幅提高柔性太阳能电池的发电效率研究人员通过引入"客体"成分，提高了三元有机太阳能电池的效率。这种改性可改善太阳能电池对阳光的吸收，优化太阳能电池的运行。通过对这种客体成分进行战略性放置和改性，他们实现了超过19%的功率转换效率提升。有机与无机太阳能电池有机光伏太阳能电池（OSC）是一种使用有机材料（通常由小分子或聚合物组成）将太阳光转化为电能的太阳能电池，有别于使用晶体硅或其他无机材料的传统无机太阳能电池。开放式太阳能电池的主要优点之一是灵活轻便。利用喷墨打印等基于溶液的工艺，它们可以廉价地制成柔性卷筒而非刚性面板，因此适合传感器、便携式充电器或可穿戴电子设备等多种应用。OSC还可以设计成半透明或各种颜色，从而可以美观地集成到建筑物、窗户或其他结构中。不过，与无机太阳能电池相比，开放式晶体管的功率转换效率（PCE）较低。TOSC在一定程度上改变了这一状况。传统的二元有机太阳能电池由供体材料和受体材料组成，与之不同的是，TOSC包含额外的第三种成分，通常称为"客体"。引入这种客体成分是为了优化太阳能电池运行的各个方面，从调整电池的内部能量流到改进电池如何将光能转化为电能。三元组份活性层中嵌入的主/客体"合金"聚集说明。资料来源：李永海客体"成分的作用对于提高PCE尤为重要的是，客体成分还可以拓宽可吸收光的光谱。通过选择一种能在供体或受体未覆盖的范围内吸收光的客体材料，可以提高电池对阳光的整体吸收率。同时，还能很好地调整混合薄膜的形态，使其能够进行激子解离、电荷生成和传输。鉴于客体成分可以发挥多种不同的功能，其在太阳能电池'三明治'或矩阵中的具体位置可以从根本上改变性能。该研究的合著者李永海说："根据其位置的不同，客体元件既可以以闪电般的速度传输能量，也可以帮助捕捉更多的阳光。"现有三种不同位置的可能性：嵌入供体材料，嵌入受体材料，或以某种方式分散在供体和受体界面之间，形成混合的合金状结构（聚集体）。但到目前为止，人们还很少关注客体成分的位置问题。实验细节和结果在研究中，研究人员在TOSC中使用了一种名为LA1的客体成分（与其他客体成分材料的结晶度不同）。LA1是一种小分子受体，研究人员用苯基烷基侧链对其进行了修饰--苯基烷基侧链是一种官能团（分子中原子的集合，具有自身的一系列特性），常用于设计用于光伏设备的有机材料。用苯基烷基侧链对LA1进行改性，在保持令人满意的兼容性的同时，改善了其结晶度和排列，从而提高了其在TOSC中的性能。此外，研究人员还通过对与主成分相互作用的各种条件（包括主/客体相容性、表面能、结晶动力学和分子间相互作用）进行调控，来调节客体成分的分布。通过这种方法，他们在大多数客体分子中发现了类似合金的聚集体，这些聚集体也渗透并分散到宿主分子中。令人印象深刻的是，这些嵌入式主/客"合金"的结晶尺寸可以很容易地进行微调，以改善电荷传输和抑制电荷重组。因此，研究人员最初能够实现15%以上的PCE增效，然后通过将客体成分与作为主成分的Y6系列受体相结合，他们实现了19%以上的更大增效。研究人员认为，他们已经取得了相当大的实验成功，但这些增益的驱动力在理论上仍然不太清楚。展望未来，研究人员希望能更好地阐明这些基本机制。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382215.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382215.htm

物理学家利用有机材料并四苯开发出效率显著提高的新型太阳能电池

物理学家利用有机材料并四苯开发出效率显著提高的新型太阳能电池帕德博恩大学的物理学家利用复杂的计算机模拟设计出一种新型太阳能电池，其效率大大高于现有的太阳能电池。性能的提升归功于一种名为"蒽"的有机化合物的细长涂层。相关成果最近发表在著名期刊《物理评论快报》上。"地球上每年的太阳辐射能超过一万亿千瓦小时，因此超过全球能源需求的5000多倍。因此，光伏技术，即利用太阳光发电，为清洁和可再生能源的供应提供了巨大的潜力，但这一潜力在很大程度上仍未得到开发。"帕德博恩大学自然科学系主任、物理学家沃尔夫-吉罗-施密特（WolfGeroSchmidt）教授解释说："目前，用于这一目的的硅太阳能电池在市场上占主导地位，但其效率有限。其中一个原因是短波辐射的部分能量没有转化成电能，而是转化成了无用的热量。"(从左至右）作者UweGerstmann博士、MarvinKrenz博士和WolfGeroSchmidt博士教授与他们关于太阳能电池能量传输的海报。图片来源：帕德博恩大学，BesimMazhiqi施密特解释说："为了提高效率，可以在硅太阳能电池中加入有机层，例如由半导体并四苯制成的有机层。短波光会被这层有机层吸收，并转化为高能电子激发子，即所谓的激子。这些激子在并四苯中衰变为两个低能激子。如果能成功地将这些激子转移到硅太阳能电池中，就能有效地将它们转化为电能，并提高可用能量的总体产量。"施密特的团队正在帕德博恩大学的高性能计算中心--帕德博恩并行计算中心（PC2）使用复杂的计算机模拟，研究蒽向硅的激发转移。现在已经取得了决定性的突破：在与同样来自帕德博恩大学的MarvinKrenz博士和UweGerstmann教授共同进行的一项研究中，科学家们发现，在蒽薄膜和太阳能电池之间的界面上存在不饱和化学键形式的特殊缺陷，这会极大地加速激子转移，这种缺陷发生在氢的解吸过程中，并导致具有波动能量的电子界面态，这些波动像升降机一样将电子激发子从梭碳烯传送到硅中。太阳能电池中的这种"缺陷"实际上与能量损失有关，这使得三位物理学家的研究结果更加令人吃惊："就梭形硅界面而言，缺陷对于能量的快速传输至关重要。我们的计算机模拟结果确实令人吃惊。我们的计算机模拟结果确实令人吃惊，同时也为设计效率显著提高的新型太阳能电池提供了精确指标。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420147.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420147.htm

慕尼黑工业大学新发现可大幅提高有机太阳能电池的效率

慕尼黑工业大学新发现可大幅提高有机太阳能电池的效率太阳为地球提供了大量能量，但太阳能电池总会损失一部分能量。这是使用有机太阳能电池的一个障碍，尤其是对那些在创新应用中可行的太阳能电池而言。提高有机太阳能电池效率的一个关键因素是改善材料中积累的太阳能的传输。慕尼黑工业大学（TUM）的一个研究小组现已证明，某些有机染料可以帮助建立能量通过的"虚拟高速公路"。有机太阳能电池是一种轻型、极薄的能量收集器，作为一种柔性涂层，几乎适用于任何表面：基于有机半导体的太阳能电池开辟了一系列应用可能性，例如，可卷起的太阳能电池板和薄膜，或用于智能设备。但许多应用的一个缺点是，材料内部收集的能量传输相对较差。研究人员正在研究有机太阳能电池的基本传输过程，以找到改善这种传输的方法。德国慕尼黑工业大学光谱学理论方法教授弗兰克-奥特曼（FrankOrtmann）就是研究人员之一。他和他来自德累斯顿的同事们最关注的是光与材料之间的相互作用，尤其是所谓的激子的行为。FrankOrtmann教授（右）和MaximilianDorfner讨论特定分子如何提高有机太阳能电池的效率。图片来源：S.Reiffert/TUM"激子就像是太阳的燃料，必须以最佳方式加以利用，"身为"电子转换"卓越小组成员的奥特曼解释道。"当光子形式的光能与太阳能电池材料碰撞时，会被吸收并缓冲为激发态。这种中间状态被称为激子"。这些电荷在到达专门设计的界面之前不能用作电能。奥特曼和他的团队现在已经证明，可以使用有机染料创建所谓的激子传输高速公路。"让激子尽快到达这一界面之所以如此重要，是因为它们的寿命很短。"奥特曼说："传输速度越快、针对性越强，能量产量就越高，太阳能电池的效率也就越高。"这种有机染料分子被称为醌型花青素，由于其化学结构和出色的吸收可见光的能力，使其成为可能。因此，它们也适合用作有机太阳能电池的活性层，奥特曼解释说。"利用光谱测量和模型，研究人员能够观察到染料分子中飞驰的激子。"奥特曼补充说："我们的设计所提供的1.33电子伏特的数值远远高于有机半导体中的数值--可以说有机染料分子形成了一种超级高速公路。"这些基础性的新发现可以为在有机固体物质中实现有针对性的、更高效的激子传输铺平道路，从而加速开发性能更高的有机太阳能电池和有机发光二极管。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399865.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399865.htm

研究人员利用透辉石-硅串联电池突破30%太阳能转化效率

研究人员利用透辉石-硅串联电池突破30%太阳能转化效率研究人员在两项不同的研究中开发出了制造功率转换效率超过30%的过氧化物硅串联太阳能电池的方法，突破了硅基光伏技术的传统极限。其中一项研究通过使用膦酸添加剂优化硅基上的包晶石沉积来提高效率，另一项研究则使用离子液体来改善电荷提取，结果效率分别达到31.2%和32.5%。提高太阳能电池效率的一种方法是优化阳光光谱，以便将其转化为能量。这可以通过将两种或两种以上相互连接的光活性材料堆叠成一个单一装置来实现，从而提高太阳能的收集效率。将过氧化物太阳能电池和硅太阳能电池组合成串联装置，可为实现高性能光伏发电提供一条前景广阔的途径。研究人员通过两项不同的研究，介绍了开发PCE超过30%的透辉石-硅串联太阳能电池的不同策略。StefaanDeWolf和ErkanAydin在一篇相关的《视角》中写道："突破这一阈值为高性能、低成本的光伏产品进入市场提供了信心。"在一项研究中，XinYuChin及其同事表明，在以微米金字塔为特征的硅底电池（行业标准配置）上均匀沉积包晶顶部电池可促进串联太阳能电池产生高光电流。Chin等人的研究表明，在电池的加工过程中使用膦酸添加剂不仅能改善包晶石的结晶过程，还有助于减少重组损耗。在概念验证中，作者制造了一个活性面积为1.17平方厘米的装置，其认证PCE为31.2%。SilviaMariotti及其同事采用了另一种方法，他们的研究表明，使用离子液体（碘化哌嗪）可以通过产生正偶极子改善带排列，并增强三卤化物包晶和电子传输层界面的电荷提取。通过这种改良，Mariotti等人开发出了一种包晶石-硅串联太阳能电池，其开路电压高达2.0伏，经认证的PCE高达32.5%。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380351.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380351.htm

新材料可大幅提高太阳能电池板的效率

新材料可大幅提高太阳能电池板的效率美国利哈伊大学的一个研究小组创造了一种材料，它可以大大提高太阳能电池板的效率。使用这种材料作为太阳能电池活性层的原型显示出80%的平均光电吸收率、很高的光激发载流子生成率以及前所未有的高达190%的外部量子效率(EQE)--这远远超过了硅基材料的肖克利-奎塞尔理论效率极限，并将光伏量子材料领域推向了新的高度。ChindeuEkuma。资料来源：利哈伊大学物理学教授ChineduEkuma在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上发表了他与利哈伊大学博士生SrihariKastuar合作开发这种材料的论文。先进的材料特性这种材料的效率飞跃主要归功于其独特的"中间带态"，即材料电子结构中的特定能级，使其成为太阳能转换的理想选择。这些态的能级在最佳子带间隙内，即材料能有效吸收阳光并产生电荷载流子的能量范围，约为0.78和1.26电子伏特。此外，这种材料在电磁波谱的红外线和可见光区域的高吸收率表现尤为出色。以CuxGeSe/SnS为活性层的薄膜太阳能电池示意图。资料来源：Ekuma实验室/利哈伊大学在传统太阳能电池中，最大EQE为100%，即每吸收一个太阳光光子，就能产生和收集一个电子。然而，过去几年中开发的一些先进材料和配置已证明能够从高能光子中产生和收集一个以上的电子，即EQE超过100%。斯里哈里-卡斯图阿尔，利哈伊大学。资料来源：利哈伊大学虽然这种多重激子生成（MEG）材料尚未广泛商业化，但它们有可能大大提高太阳能发电系统的效率。在Lehigh开发的材料中，中间带态能够捕获传统太阳能电池通过反射和产热等方式损失的光子能量。材料开发与潜力研究人员利用"范德华间隙"（层状二维材料之间的原子级微小间隙）开发出了这种新型材料。这些间隙可以限制分子或离子，材料科学家通常利用它们来插入或"插层"其他元素，以调整材料特性。为了开发新型材料，利哈伊大学的研究人员在硒化锗（GeSe）和硫化锡（SnS）制成的二维材料层之间插入了零价铜原子。Ekuma是计算凝聚态物理方面的专家，在对该系统进行了大量计算机建模并证明其理论前景后，他开发了这一原型作为概念验证。他说："其快速反应和更高的效率有力地表明了铜掺杂GeSe/SnS作为一种量子材料在先进光伏应用中的使用潜力，为提高太阳能转换效率提供了一条途径。这是开发新一代高效太阳能电池的理想候选材料，将在满足全球能源需求方面发挥至关重要的作用。"虽然将新设计的量子材料整合到当前的太阳能系统中还需要进一步的研究和开发，但埃库马指出，用于制造这些材料的实验技术已经非常先进。随着时间的推移，科学家们已经掌握了将原子、离子和分子精确插入材料的方法。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427195.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427195.htm

新型铜铟镓硒太阳能电池能效创纪录 转换效率高达23.64%

新型铜铟镓硒太阳能电池能效创纪录转换效率高达23.64%最新CIGS太阳能电池结构的电子显微镜分析。图片来源：《自然·能源》网站国际能源署数据显示，太阳能电池的部署量在全球范围内迅速增长，2022年太阳能发电量占全球电力超过6%。晶硅是太阳能电池中使用最广泛的材料，目前由晶硅制成太阳能电池最多可将逾22%的阳光转化为电力，这种太阳能电池成本低廉且性能比较稳定。研究人员希望以合理的生产成本获得30%以上的光电转换效率，由此开始关注CIGS等更高效的串联太阳能电池。但串联太阳能电池成本太高，迄今无法大规模生产和部署。薄膜太阳能电池中活性层的横截面，总厚度不超过3微米。利用隆德MAXIV设施测量的纳米XRF，可以高精度地测量太阳能电池中基体元素和微量元素（本例中为铷）的浓度。资料来源：MarikaEdoff最新研制出的CIGS太阳能电池包含一块玻璃板，玻璃板上覆盖了几个不同的层，每个层都具有特定功能。吸收阳光的材料由铜、铟、镓和硒化物组成，并添加了银和钠。材料被置于太阳能电池内，位于金属钼和透明的玻璃板之间。为使太阳能电池在分离电子方面尽可能高效，研究团队用氟化铷处理了CIGS层。研究人员表示，钠和铷这两种碱金属之间的平衡，以及CIGS层的组成是提高转换效率的关键。CIGS太阳能电池能效此前的世界纪录是23.35%，由日本SolarFrontier公司创造，再之前是德国巴登符腾堡太阳能和氢能源研究中心创下的纪录22.9%。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421703.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421703.htm