使用廉價(jià)材料和簡(jiǎn)單制造方法的能力是印刷有機(jī)太陽(yáng)能電池的兩大優(yōu)勢(shì)。林雪平大學(xué)教授OlleInganäs是一個(gè)研究小組的負(fù)責(zé)人，該小組現(xiàn)在開(kāi)發(fā)了一種更簡(jiǎn)單的制造太陽(yáng)能電池組件的方法。結(jié)果發(fā)表在科學(xué)期刊npj Flexible Electronics上。

有機(jī)太陽(yáng)能電池的能效接近傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池的能效，但它們不一定必須在同一市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)。

“有機(jī)太陽(yáng)能電池可以在很多環(huán)境中使用，尤其是那些有用的特性：它們可以是半透明的，柔軟的，柔韌的，可以用不同的顏色獲得，而且它們制造起來(lái)很便宜，”OlleInganäs說(shuō)。林雪平大學(xué)生物分子和有機(jī)電子學(xué)教授。

他和他的研究小組一起開(kāi)發(fā)了一種改進(jìn)的方法來(lái)制造這些薄而柔韌的太陽(yáng)能電池。

在如圖所示的半透明太陽(yáng)能電池組件中，使用具有聚合物PEDOT：PSS(通常用于有機(jī)電子器件)的兩種變體的電極，其中一種用作陽(yáng)極而另一種用作陽(yáng)極。在太陽(yáng)能電池組件上出現(xiàn)的條紋是陰極型或陽(yáng)極型材料的線。吸收光并產(chǎn)生電子的有源層位于這些電極之間。各個(gè)太陽(yáng)能電池在模塊中串聯(lián)連接。

當(dāng)電極和有源層作為薄膜印刷在彼此之上時(shí)，一層中的缺陷將作為下一層要印刷的攻擊點(diǎn)。這些缺陷相互加強(qiáng)并導(dǎo)致頂部和底部之間的短路。到目前為止，通過(guò)使電流通過(guò)電池已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。

“每個(gè)單獨(dú)電池的缺陷必須燒掉。這不僅耗時(shí)，而且不容易進(jìn)入所有電池，這意味著故障單元的廢品率非常高，”OlleIngganäs解釋說(shuō)。

研究人員現(xiàn)已成功測(cè)試了一種方法，即使用活性聚合物材料代替膠水。在整個(gè)單元層壓在一起之前，兩個(gè)塑料薄膜，一個(gè)帶有陽(yáng)極，另一個(gè)帶有陰極，被活性材料覆蓋。由于僅印刷兩層，因此缺陷的數(shù)量較少，并且在層壓期間兩個(gè)缺陷彼此正好相對(duì)的可能性可忽略不計(jì)。

“它確實(shí)沒(méi)有發(fā)生。但我們確實(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們將兩層層壓在一起以提供一個(gè)靈活而堅(jiān)固的模塊時(shí)，太陽(yáng)能電池在從一側(cè)照射而不是從另一側(cè)照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多電流。當(dāng)然，我們希望無(wú)論太陽(yáng)升起還是落山，電池都能產(chǎn)生相同的電流，“他指出。

研究人員已經(jīng)證明，這是造成麻煩的水分。在電子到達(dá)電極之前捕獲電子的材料中形成小電子陷阱。該問(wèn)題可以通過(guò)制造陽(yáng)極和陰極薄膜，然后在活性聚合物與保護(hù)氣氛中快速層壓在一起來(lái)解決。薄膜暴露于水分的時(shí)間越短越好。

“我們已經(jīng)證明，這種層壓方法適用于許多不同的聚合物組合，并且能效與傳統(tǒng)制造方法一樣高，”OlleInganäs說(shuō)。

由位于林雪平大學(xué)的OlleInganäs及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能電池組件正由分拆公司Epishine開(kāi)發(fā)和制造，該公司選擇瞄準(zhǔn)室內(nèi)電池市場(chǎng)。然后太陽(yáng)能電池吸收室內(nèi)照明并產(chǎn)生足夠的電流來(lái)供電，例如，當(dāng)其主人不在家時(shí)記錄狗的傳感器，或測(cè)量室內(nèi)濕度或溫度的傳感器。室內(nèi)照明的光譜和強(qiáng)度與日照不同，因此使用條件更簡(jiǎn)單，效率更高。