研究人员取得了迄今为止有机太阳能电池的最高认证效率

埃朗根纽伦堡大学（FAU）的材料科学家在有机、非富勒烯基、单结太阳能电池的性能方面取得了新的记录。通过一系列复杂的优化，他们在一平方厘米的表面积上实现了经认证的12.25%的功率转换效率。该标准化表面积是原型制造的初步阶段。这项研究成果是与华南理工大学的合作伙伴共同取得的，现已发表在自然能源.

有机光伏系统在过去几年中得到了快速发展。在大多数情况下，有机太阳能电池由两层半导体组成，一层作为施主提供电子，另一层作为受主或电子导体。与传统使用的硅（必须从熔体中提取或在真空系统中沉淀）不同，该系统中的聚合物层可以从溶液中直接沉积在支撑膜上。一方面，这意味着制造成本相对较低，另一方面，在城市空间中，这些柔性模块比硅太阳能电池更容易使用。长期以来，富勒烯作为碳基纳米颗粒被认为是理想的受体，但富勒烯基复合材料的固有损耗仍然严重限制了其潜在效率。因此，FAU开展的工作导致了范式的转变。“与我们的合作伙伴在中国，我们发现了一种新的有机分子，它比富勒烯吸收更多的光，而且非常耐用，”FAU材料科学（电子和能源技术材料）主席Christoph Brabec教授说。

复杂的标准化

性能和耐用性的显著改善意味着有机混合印刷光伏现在正成为商业用途的兴趣。然而，为了开发实用的原型，必须将技术从几平方毫米的实验室尺寸转移到一平方厘米的标准尺寸。

Brabec教授主席的材料科学家李宁博士说：“在缩放过程中经常会发生重大损失。”。在德国研究基金会（DFG）资助的一个项目中，李宁和他在广州华侨城理工大学的同事们能够显著减少这些损失。在一个复杂的过程中，他们调整了有机半导体的光吸收、能级和微观结构。这种优化的主要重点是施主和受主的兼容性，以及短路电流密度和开路电压的平衡，这是高输出电量的重要先决条件。

经认证的记录效率

“我认为描述我们工作的最好方式是想象一盒乐高积木，”李说。“我们在中国的合作伙伴在聚合物结构中插入并调整了单分子基团，每个基团都影响一个对太阳能电池功能很重要的特征。”功率转换效率12.25%，这是基于溶液的有机单结太阳能电池的新认证记录表面积一平方厘米，其中受体不包含富勒烯。值得注意的是，研究人员成功地将结垢损失保持在如此低的水平，以至于实验室中在小表面上的最高值仅略低于13%。同时，他们能够证明在温度和阳光等模拟条件下生产的稳定性。

下一步包括在纽伦堡能源园区（EnCN）的未来太阳能工厂（Solar Factory of The Future）将模型放大到模块尺寸，然后开始开发实用原型。