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新型纳米球聚光器提高电源转换效率

2015-08-06   来源:azonano   评论:0
摘要:香港科技大学的范志勇教授和他的团队报道了低成本铝箔制造新的纳米球聚光器,并旨在解决这个问题。他们已经成功地制造了基于这种聚光器的OPV设备,并证明其电转换效率比没有纳米球的设

     几何光捕获是极大提高太阳能电池光吸收和效率的一个简单和有希望的策略。尽管如此,在有机光伏(OPV)实施几何光捕获仍是极具挑战性的,这是由于均匀的有机活性层很少能沉积在织构基底。

  香港科技大学(HKUST)的范志勇教授和他的团队报道了低成本铝箔制造新的纳米球聚光器,并旨在解决这个问题。他们已经成功地制造了基于这种聚光器的OPV设备,并证明其电转换效率比没有纳米球的设备提高了28%。这项工作发表在SCIENCE BULLETIN. 2015 Vol. 1。

  纳米球聚光器的电子显微镜和光学模拟图像。图片来源:©中国科学出版社

  太阳能是最有前途的可再生能源之一,并且是清洁的能源,最终在未来替代化石燃料。在过去的几十年里,已投入巨大的努力以开发对化石燃料有竞争力的有效和成本效益的光伏设备。有机光伏(OPV)已被视为有希望进行大规模、低成本和高效收集太阳能的候选者之一。典型的OPV设备在玻璃基底上制造,并使用铟掺杂的锡氧化物作为电极。然而,这样的基底并不灵活,并且ITO电极相对高的电阻会变弱OPV器件的性能。相比之下,铝箔基底具有优异的导电性、灵活性、成本效益和滚动加工性的优点。同时,纳米纹理基底的光捕获是改善太阳能电池效率的一个有吸引力的策略。然而,目前OPV这样的应用尚未被成功地证明。这是由于OPV设备活性层对均匀厚度有更严格的要求,并且这种一致性在现存的涂覆技术纳米纹理上很难保证。

  由范志勇教授开发的新颖纳米球聚光器可以很大程度地提高有机太阳能电池和光学模拟活性层的光吸收,这种改善是由纳米球优异的光捕获能力贡献的。此外,他们已经研究太阳能电池纳米球的几何结构对性能的影响,并研究了1000nm,1200nm和1500nm三种纳米球类型。基于1000nm纳米球的太阳能电池在光活性层有最好的光子吸收,在纳米球基底产生最高的短路电流密度-约9.41mAcm-2。0.573 V的开路电压和57.9%的填充因子,这种纳米球太阳电池取得3.12%的太阳能能量转换效率,这比没有纳米球的设备改善了28%以上的效率。这项工作不仅揭示了对纳米球聚光器光捕获的深入了解,还证明了在低成本、可加工OPV解决方案实施几何光捕获的可行性。

  新的纳米球聚光器的发展和在OPV的应用是香港科技大学化学系教授合作的成就,这些教授包括Yang Shihe教授和He(Henry) Yan教授,他们致力于有机光伏的尖端研究。该研究项目由香港研究资助局和香港创新科技署的综合研究基金支持。

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