导读
近日，韩国蔚山国立科技大学的科研团队成功地提出了一种新方法，可以解决与有机太阳能电池中光学活性层厚度相关的问题。这种新方法将促进工艺设计，并进一步推进有机太阳能电池的商业化。
背景
太阳能具有清洁、环保、可再生、易获取、低成本等诸多优势，是一种极具开发与利用价值的新能源，并已得到极为广泛的开发与利用。然而，太阳能电池是一种典型的太阳能利用方式，它可以将太阳能转化为电能并存储起来。
如今，占主导地位的太阳能电池仍是以无机半导体为主要材料制成的，单晶硅、多晶硅和非晶硅系列的硅基太阳能电池的商业应用最为广泛。但是，传统的硅基无机太阳能电池具有制造成本昂贵、制造能耗大、污染高、工艺复杂等缺点。此外，传统的无机太阳能电池是笨重、刚性、易碎的，不便于运输以及灵活的安装使用。
然而，新兴的有机太阳能电池（OSCs）的制造成本更低，制造工艺更简单，还具有轻量、柔性、超薄、透明等优势，便于运输以及灵活的部署。
尽管有机太阳能电池的优点很多，然而其“光电转化效率”一直无法与无机太阳能电池媲美。然而可喜的是，近年来，有机太阳能电池光电转化效率已增至10%以上，达到了可商业化应用的水平。但是，光学活性层厚度增加会导致光电转化效率降低，因此需要更加复杂的制造工艺。
创新
近日，韩国蔚山国立科技大学（UNIST）能源与化学工程学院的教授 Changduk Yang 及其领导的科研团队成功地提出了一种新方法，可以解决与有机太阳能电池中光学活性层厚度相关的问题。
在这项研究中，科研团队成功地使用位于光学活性层中的一种非富勒烯受体，在有机太阳能电池中实现了12.01%的光电转化效率。更进一步说，即使最大测量厚度在300纳米的范围内，这种新的光学活性层仍保持了其初始的光电转化效率。这项研究将促进工艺设计，并进一步推进有机太阳能电池的商业化。
Yang 教授表示：“现有的有机太阳能电池中的光学活性层非常薄（100纳米），因此根本没有可能通过大面积印刷工艺处理。即使最大测量厚度在300纳米的范围内，这种新的光学活性层仍保持了其初始的效率。”
技术
太阳能电池使用光学活性层将太阳能转化为电能。当这些活性层受到太阳光照射时，受激的电子从原子中逃逸，并在半导体中生成自由电子与空穴，而电子与空穴的运动可以提供电能。电子的转移被称为“通道一（Channel I）”，而空穴的运动被称为“通道二（Channel II）”
UNIST 化学工程与能源学院硕博连读研究生 Sang Myeon Lee 表示：“由于活性薄层的光线吸收率低下，富勒烯基太阳能电池只利用了Channel I。然而，新型太阳能电池同时利用了Channel I 与Channel II，因此实现了高达12.01%的效率。”
价值
在这项研究中，Yang 教授已经解决了与有机太阳能电池中的光学活性层厚度相关的问题，从而离实现大面积印刷工艺又更近了一步。
Yang 教授表示：“这项研究突出了综合考虑并优化‘电荷分离/输运’与‘相区尺寸’两个因素的重要性，从而实现了高性能的非富勒烯聚合物太阳能电池（NF-PSCs）。未来，我们将对高效有机太阳能电池的生产与商业化作出贡献。”
Yang 教授还表示：“我们的研究展示了一种合成非富勒烯光学活性材料的新途径。我们希望为高效有机太阳能电池的生产与商业化作出进一步的贡献。”
关键字
有机太阳能电池、半导体、光学
【1】http://news.unist.ac.kr/introducing-high-performance-non-fullerene-organic-solar-cells/
【2】Shanshan Chen, Sang Myeon Lee, Jianqiu Xu, Jungho Lee, Kyu Cheol Lee, Tianyu Hou, Yankang Yang, Mingyu Jeong, Byongkyu Lee, Yongjoon Cho, Sungwoo Jung, Jiyeon Oh, Zhi-Guo Zhang, Chunfeng Zhang, Min Xiao, Yongfang Li, Changduk Yang. Ultrafast Channel II process induced by a 3-D texture with enhanced acceptor order ranges for high-performance non-fullerene polymer solar cells. Energy & Environmental Science, 2018; DOI: 10.1039/C8EE01546E
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