Only Perception: 增加太陽能電池效能：一種直接了當的方法

2011-01-17

增加太陽能電池效能：一種直接了當的方法

A Straightforward Solution for Increasing Solar Cell Performance
http://www.physorg.com/news191778902.html

By Tianna Hicklin, April 29, 2010

(PhysOrg.com) -- Brookhaven 國家實驗室研究者最近證明，在太陽能電池的製程中添加一種市面上可購得的添加劑，能改善某種太陽能電池的穩定性與效率。

"地球每小時從日光中接受的能量足以提供全世界一整年的能源需求，" Ioana Gearba 表示，本研究領導作者，先前為 Brookhaven 功能性奈米材料中心（CFN）的研究者，目前則任教 Texas 大學 Austin 分校。"將日光轉換成可用能源的有效方法，例如太陽能電池，對社會未來能源需求有顯著貢。但以矽製成之商業化太陽能電池，有一部份，因高製造成本無法產生在成本上具競爭力的電力。"在此領域中一項令人振奮的發展是有機半導體的發現，原則上，那能降低大面積太陽能裝置的製造成本。

但以具有半導體性質之有機材料（基於碳）製成的太陽能電池，自有其缺點。雖然這類太陽能電池能提供更具成本效益的製造途徑，不過它們的效率也比較低。

"以有機塑膠材料製成的太陽能電池同時既受青睞亦不受青睞，" Chuck Black 說，CFN 的電子材料小組領導者。"例如，若將它們置於猛烈的陽光下，它們會有些變形，且當它們移動時，也許會改變其電子特性。以此種材料製程的太陽能電池真的有用，不過它們得要禁得起明顯的環境變化。"

在 2009 年 10 月 26 日當期的 Applied Physics Letters 中，Brookhaven 研究者報告，增加有機太陽能材料穩定性的方法之一是把具半導體性質的基層（base layer，太陽能電池建立在這第一層上）「鎖」在適當地方。為了辦到這件事，一種化學交聯劑（crosslinker，交鍊劑），那使該材料基層中的聚合物鏈相互連接，被添加至基於溶液的初始材料（starting materials，啟始材料）中。

"我們想找到一種化學方法來凍結或固定（immobilize）有機聚合物，使其更穩定，" Black 說。"我們發現一種直接了當且優雅的方法辦到這件事，而且這種方法還有額外利益：將日光轉換成電時使這種材料能稍微更有效率一點。"

"添加交聯劑只須花費額外的十分鐘，" Gearba 補充。"我們的研究是首度有人利用市面上可得之交聯劑，使基於溶液之半導體性聚合物交互連結。" 另一小組也做了類似事情，但其所用方法也許無法適用所有聚合物。"

交聯劑在物理上使聚合物穩定並增加其傳導性達五倍。以交聯聚合物製成之模型太陽能電池的效率也增加了，多達三倍。基於溶液的製程具成本效益且能大規模使用，例如噴灑式（spray-on）或輥對輥（roll-to-roll）製造方法。

利用 NSLS 基線 X6B 的 X 光繞射，該小組研究聚合物薄膜中、由交聯作用（crosslinking）所誘發的結構性變化是否與所觀察到的傳導性與裝置效率的改善有關。

"X 光散射測量證明，聚合物鏈以這種方式定向（orient）：電荷循著更直接的路徑通過薄膜，" Gearba 說。

"這種新技術提供某種方法，創造出一種穩定的聚合物基礎，其餘具半導體性質的材料能在上面成層 -- 實現更複雜太陽能電池設計的一種必要元件。"

"此計畫提供我們一種新工具，我們認為對於其他材料有更廣泛地應用，" Black 說。"這是一種令人振奮的能力，能成為許多新計畫的基礎。"

"這是 CFN 與 NSLS 之間共同合作一個極好的例子，" Ron Pindak 表示，位於 NSLS 之物理與化學科學部門首腦。"這些毗鄰的使用者機構讓我們能在 CFN 製造模型裝置，諸如太陽能電池，接著為了他們的分析能利用二機構互補的工具。"

※ 相關報導：

＊ Thermal crosslinking of organic semiconducting polythiophene improves transverse hole conductivity
http://apl.aip.org/resource/1/applab/v95/i17/p173307_s1