科技日報記者 劉霞
日本金澤大學與加拿大女王大學等機構(gòu)聯(lián)合研制出一種全有機太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化效率達8.7%，較此前紀錄提升逾一倍。這項發(fā)表于最新一期《先進功能材料》的研究，為環(huán)保型太陽能電池的實用化鋪平了道路。
傳統(tǒng)硅基太陽能電池雖光電轉(zhuǎn)化效率可觀，但其含有的有害物質(zhì)給環(huán)境帶來沉重負擔。而鈣鈦礦太陽能電池也因鉛化合物等問題令人憂心。相比之下，全有機太陽能電池完全由碳基材料構(gòu)成，廢棄后可像普通塑料般安全處理，可大幅降低環(huán)境成本。
然而，這類電池此前始終難破效率困局，其光電轉(zhuǎn)化效率僅為4%，遠低于硅基（27%）和鈣鈦礦（26%）太陽能電池。造成這一現(xiàn)狀的主要有兩大技術(shù)瓶頸：一是高導電有機電極制備需強酸、強堿或高溫退火，易損傷有機基板薄膜和有機半導體層；二是多層堆疊時溶液工藝會破壞下層結(jié)構(gòu)。
為攻克這些難題，團隊創(chuàng)新性地采用“溫和工藝”破局。首先，他們開發(fā)出基于導電聚合物PEDOT:PSS的透明電極，這種電極能在80℃的溫度下制備，且無需酸或堿。其次，他們首創(chuàng)碳納米管電極層壓技術(shù)，在太陽能電池阻擋膜上分別形成電極，然后將其附著到器件上，避免在電極制造過程中損壞下層有機膜。這套組合拳使全有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率飆升至8.7%，向高性能全有機太陽能電池的實用化之路邁出了關(guān)鍵一步。
未來，全有機太陽能電池有望在農(nóng)田和可穿戴設備等環(huán)境敏感領域大顯身手，其獨有的輕質(zhì)和柔性特征也使其能在傳統(tǒng)太陽能電池板“鞭長莫及”的地方發(fā)力。團隊計劃繼續(xù)提高有機電極的導電性，以進一步提高此類電池的性能。
