新型电极材料--助力降低柔性太阳能电池和LED成本

文章来源：admin 更新时间：2015-08-17

科学家们正在研发成本低廉的太阳能技术，而柔性太阳能电池就很符合这一要求。它的原料并不昂贵，甚至很便宜，能用精密卷绕对位技术（R2R）大批量生产。不过，这样一来，电池的电极，势垒层，甚至是整个电池都必须具备弹性。欧盟于2012年11月启动了"TREASORES"项目（有机光电设备透明电极大规模生产项目），总预算达1400万欧元，项目旨在研发出大规模制备有机光电设备，像太阳能电池和LED灯照明控制板。项目的首席科学家是Frank Nüesch。 高性能透明电极 上文中提到的TREASORES项目最近已经完成了中期验收，并且已经取得了几项重要进展。项目由来自5个欧盟国家的19个实验室和企业的科学家组成，目前已经研发出了一款超薄的透明电极，在成本和性能上都胜过铟锡氧化物（ITO）电极，并且已经能做到使用这些透明电极来制备高性能钙钛矿电池，效率可达7%。日前，在经过专业测试后，第一条R2R电池生产线已经开始投产。Nüesch介绍说，下一步他们将推广和改良这项技术，以达到大量生产电池材料和透明电极的目的，比如将生产线延长至100米长。 在接下来的日子里，TREASORES将集中精力研发用其他新材料制造的透明电极和柔性电极，比如纳米线和碳纳米管（CNTs），甚至还会尝试用纺织"布"来合成这些材料。Nüesch告诉我们说："我们的工作对有机光电设备的大规模生产来说是非常重要的，我们刚研制出来的新电极在成本和性能等方面都优于目前的电池。但是我们不会就此满足，我们继续研究如何降低钙钛矿基的缺陷密度，以改善大规模生产的效果。 这种新材料接受了一种特殊仪器的测试，这种仪器能用于材料的力学、电学和光学性能的测试，测试结果包括使用寿命和照明质量等实际使用中比较关心的数据。这种柔性电极的制备过程中使用了银纳米线，它的表面电阻小于20欧姆/平方米，光传输效率达80%。而铜纳米线的测试数据表明，它表明电阻小于10欧姆/平方米，在玻璃中的光传输效率达90%，比银的数据还好。上述两种电极的性能都明显优于ITO电极，后者的表面电阻达100欧姆/平方米，并且在高透明度时表面电阻还会更高。碳纳米管电极的表现也不错，它的表面电阻为74欧姆/平方米，光传输效率达90%。通常，使用铜电极的太阳能电池的能量转化效率为3%，而用这些新电极制造的电池的能量转化效率为4.5%。 "熨平"电极粗糙的表面 上述所有的电极制备技术都存在一定程度的问题，制得的电极表面不够平整，常常呈现波浪状或是坑坑洼洼，但是有机光电子件的堆叠需要非常平整的平面，这样得到的物质所含的缺陷才会少。因此，科学家正在研究另一项新的电极制备技术，它在两个金属氧化物（MO）层间夹上一个银（Ag）膜层，这样一来，表面就显得平整多了。 MO/Ag/MO电极的表面电阻仅为6欧姆/平方米，光传输效率达85%，表面的粗糙度差不多只有20nm，因此相比其他技术，其更有可能制备出高性能的有机光电设备。 使用这种电极的有机太阳能电池的能量转换效率能达到7%，用来集光材料都是目前使用非常广泛的材料。同时，使用该电极的白光有机LEDs（OLEDs）的光效达到了17 lm/W（流明/瓦特），而有机发光电池（OLECs）能达到20 lm/W. Nüesch说："尽管这些数据对于OLED和OLEC设备来说并不是非常高，但关键是我们生产这些电极采用的环境都是完全和工厂一样或者很相似的，采用的方法也是R2R流水线生产，使用的有机物基底也达到了和工业相同的水准。也就是说，我们能保证这些过程是完全稳定的，并具有很强的可操作性。