混合型太陽電池持續演進!

混合型太陽電池持續演進!
美國研究人員研發出一種製作有機無機混合型太陽電池(hybrid organic-inorganic solar cell)的新方法。此新技術不僅能控制元件性質,更大幅提昇了開路電壓及短路電流,使整體的功率轉換效率達到4.11%。 無機半導體光伏材料具有極高的載子遷移率,有機聚合物太陽電池則能強烈吸收陽光。混合型太陽電池旨在結合這兩種材料的優點,然而有機與無機材料間的介面往往難以控制。加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Diana Huffaker與Richard Kraner等人將一種名為PEDOT的導電聚合物塗佈於半導性奈米柱上,克服了這個問題。此實驗中採用的是緊密排列的砷化鎵奈米柱陣列,奈米柱間形成的光捕捉效應,能大幅減少從元件反射出的光子數量,因而強化了光吸收。此外,這些材料的高表面積-體積比也提高了光活化接面區的面積,導致功率轉換效率的上升。 研究人員使用了一般的塊材電聚合(bulk electropolymerization)技術來調控聚合物的性質,如能帶、導電率、載子遷移率及化學摻雜程度等。團隊成員Giacomo Mariani表示,相較於標準的旋轉塗佈法,這些技術讓研究人員更能控制元件成品的表面形貌及性質。其他常用來將有機層覆蓋於無機奈米結構上的製程如噴墨印刷等,則經常會得到厚度不均勻的有機層。 這種由UCLA團隊研發的三維混合式太陽電池的性質,可以透過在沉積過程中控制摻質的數量及種類加以調整。測量數據顯示,短路電流密度與開路電壓分別為13.6 mA/cm2及0.63 V,兩者皆有提升,而外部量子效率的峰值則為58%。 研究人員認為藉由在太陽電池製造過程中緊密地控制有機與無機結構,將能徹底描繪此混合接面的特性。而只有在瞭解兩種材料之間的基本電荷傳輸性質之後,混合型太陽電池才能展現其真正潛能。該團隊目前計畫研究適合進行電沉積的共軛單體,以作為有機混合pn接面的p端,他們也希望尋找效能更佳、遷移率高的三五族材料來製作奈米柱狀結構。詳見Nano Lett.|DOI: 10.1021/nl301251q。 譯者:莫偉呈(茂迪太陽能)

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