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有機太陽能電池能夠經得起時間的考驗嗎?

出處 Chemistry World 作者 馬維揚摘譯 年份 2019/12/30
報告類型 新聞報導 分類 新及再生能源 資料時間 2019年12月
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       輕薄、透明及可撓的有機太陽能電池(OPV)將實現無處不在的太陽能發電,包括窗戶、汽車和手機等。不過OPV卻一直被認為不夠穩定且無法存在於現實世界中。現在美國的研究人員已經證明,有可能製造出能夠在室外可靠地運作27,000年的OPV,這打破了OPV無法長期間運作的觀念。
       OPV的可靠性一直是實際應用的最大障礙之一。由於受到光和熱的劣化影響,即使是最穩定的OPV,其壽命也不會超過7年。這使得多數人相信,由弱鍵結合的有機材料所製備的OPV根本無法與傳統矽晶太陽電池的壽命相提並論。
       但是,密歇根大學的斯蒂芬·福雷斯特(Stephen Forrest)團隊藉由高溫和強光進行加速老化測試,證明了以C70富勒烯作為電子受體的單接面OPV在太陽光下的壽命(大約27,000年)比任何商用太陽能電池的壽命更長。福雷斯特說,我們已經證明OPV並非很難穩定,它取決於材料、製程和架構的選擇。現在很清楚地,OPV的本質壽命足以達到傳統無機太陽能電池所能滿足的實際壽命。
        研究人員利用氣相沉積技術精確地控制了每一層的厚度和純度,就像奈米級的多層三明治一樣,進而製成一系列層狀的薄膜有機太陽能電池, 其光電效率約為6~7%。 最初的實驗使用氙弧燈模擬了太陽的光和熱強度,結果顯示出這組OPV的劣化速度太慢而無法在一年的時間內完成測量。 因此,該團隊建立了一個白光LED系統,該系統可以使這組OPV經過相當於多達37個太陽光的光強度來進行加速老化測試。經暴露超過68天後,這組OPV保持了超過87%的初始效率。該團隊從結果推斷出相當於在室外要花費27,000年的時間,才能使其效率衰減到原始效率的20%。 而且,在遭受了長達9年紫外線輻射,此組OPV並沒有發現效率衰減的情形。
       澳洲紐卡斯爾大學的保羅·戴斯托爾(Paul Dastoor)教授說:“這篇論文的興奮之處在於,它打破了人們普遍認為有機材料不穩定並且根本不可能長期使用有機太陽能電池的觀點。實際上,我們的工作顯示出對於獲得較長的OPV壽命之決定性關鍵在於封裝而不是有機材料的穩定性。”

參考資料: Q Burlingame et al, Nature, 2019, DOI:10.1038/s41586-019-1544-1